STRUTTURE IN LEGNO IN ZONA SISMICA

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1 ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA CIVILE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE E DEI MATERIALI TESI DI LAUREA SPECIALISTICA in Progetto in zona sismica STRUTTURE IN LEGNO IN ZONA SISMICA CANDIDATA Barbara Battistini RELATORE: Chiar.mo Prof. Tomaso Trombetti CORRELATORE: Dott. Ing. Stefano Silvestri Anno Accaemico 009/10 Sessione III

2 PAROLE CHIAVE Legno Progettazione Sismica Collegamenti Strutture miste Controventamenti

3 A Oscar

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5 INDICE Introuzione... 9 Capitolo I: Cenni storici e caratteristiche el legno Il legno nelle costruzioni Sicurezza Durabilità Legno e materiali a base i legno Il Legno massiccio Il Legno lamellare I pannelli La casa baraccata La casa a gajola L Opus Craticium... 9 Capitolo II: Strutture in legno in zona sismica Tipologie i sistemi resistenti alle azioni orizzontali. Stabilizzazione e controventi Sistemi controventati Controventi in acciaio Controventi in legno Pareti i taglio Sistemi puntuali: travi e pilastri (telai biirezionali) Sistemi misti: telai e pareti Sistemi a pannelli portanti Sistemi speciali Telaio e pannelli (Platform Frame) Pareti in blocchi i legno massiccio (blockhaus) Capitolo III: Inquaramento normativo Normativa italiana Stati Limite i Esercizio Stati Limite Ultimi Verifiche i resistenza Trazione parallela alla fibratura Trazione perpenicolare alla fibratura Compressione parallela alla fibratura

6 Compressione perpenicolare alla fibratura Flessione Tensoflessione Pressoflessione Taglio Torsione Taglio e Torsione Verifiche i stabilità Collegamenti Materiali e prootti per uso strutturale Normativa europea...63 Capitolo IV: Caso-stuio: progetto originale in zona non sismica Descrizione eificio in oggetto Dati i base...75 Capitolo V: Caso-stuio: progetto in zona sismica Obiettivi Semplificazione ell architettonico originale e nuova localizzazione geografica Le possibili soluzioni strutturali...81 Capitolo VI: Eificio resienziale multipiano in legno con nucleo in calcestruzzo armato Analisi ei carichi Analisi statica Trave i copertura Combinazione ei carichi Sforzi interni Valori i calcolo ella resistenza Verifica agli stati limite ultimi Verifiche agli stati limite esercizio Trave tipo solaio primo piano Combinazione ei carichi Calcolo ella resistenza Verifiche agli stati limite ultimi Verifiche agli stati limite esercizio

7 6..3 Pilastrata Analisi ei carichi Verifica a compressione Verifica instabilità Analisi sismica Combinazione ell azione sismica Pesi i piano Valutazione elle azioni ovute al sisma Analisi statica equivalente Spettro i risposta elastico in accelerazione elle componenti orizzontali Amplificazione stratigrafica Amplificazione topografica Spettri i progetto per gli stati limite ultimi Parametri spettrali Fattore i struttura Stima el Perioo caratteristico ella Struttura Accelerazione i riferimento per SLV Accelerazione i riferimento per SLD Forze i piano Analisi lineare statica Dimensionamento ell armatura nel nucleo Verifica i eformabilità Capitolo VII: Eificio resienziale multipiano in legno con controventamenti in legno Analisi ei carichi Analisi sismica Fattore i struttura Stima perioo caratteristico struttura Accelerazione i riferimento per SLV Accelerazione i riferimento per SLD Forze i piano Dimensionamento controventamenti CapitoloVIII: Stuio ettagliato el collegamento tra impalcato e nucleo Sistemi i collegamento in generale Connettori metallici a gambo cilinrico

8 Comportamento meccanico ei connettori a gambo cilinrico Connettori metallici superficiali I collegamenti in zona sismica Descrizione caso in esame Collegamento calcestruzzo armato-acciaio Dimensionamento i massima Forza in irezione X Verifica a trazione egli ancoraggi Verifica a Taglio egli ancoraggi Verifica a azione combinata taglio-trazione Forza in irezione Y Verifica a trazione egli ancoraggi Verifica a Taglio egli ancoraggi Verifica a azione combinata taglio-trazione Momento torcente i piano Collegamento acciaio-legno Collegamento legno-legno Conclusioni BIBLIOGRAFIA...18 SITOGRAFIA...18 ALLEGATI Allegato

9 Introuzione Il primo approccio al lavoro è stato i tipo storico. Si è voluto ricercare nella letteratura el passato quali sono state le prime strutture lignee realizzate, scopreno che queste sono nate a seguito ella richiesta i prestazioni migliori in ambito sismico per eifici resienziali. In contemporanea si sono stuiati i vantaggi ell utilizzo el legno in ambito eilizio, quali la urabilità a patto però che le proprietà i questo materiale siano ben note e ogni elemento sia aeguatamente progettato; la sicurezza sia in ambito sismico che nei confronti el fuoco e il vantaggioso rapporto tra peso e resistenza. Nel secono capitolo si sono analizzate le varie tipologie costruttive atte a resistere alle azioni orizzontali e i tipi i controventi, e quegli elementi che hanno prevalentemente funzione stabilizzante. Nel terzo capitolo si è effettuato un inquaramento normativo sia nazionale che europeo, importante vista la recente entrata in vigore elle Norme Tecniche per le Costruzioni che consierano il legno, per la prima volta a livello nazionale, al pari egli altri materiali costruttivi. Nel quarto capitolo viene presentato e escritto il progetto i una palazzina eificata alla Holzbau S.p.A. che si è preso in esame aattanolo a una analisi sismica importante. Nel capitolo quinto vengono elineati gli obiettivi che si vogliono conseguire e le semplificazioni apportate all architettonico originale, l analisi el nuovo sito geografico nel quale è stata posizionata la palazzina e le possibili soluzioni strutturali atte a resistere a un accelerazione el suolo elevata. Nel sesto e settimo capitolo vengono stuiate le ue soluzioni strutturali iniviuate. Della prima, che si rifà più similmente al progetto originale, si è effettuata in primis l analisi statica, in maniera a verificare le imensioni e le caratteristiche i resistenza egli elementi principali esseno, seppur i poco, cambiati i carichi accientali a causa ella ifferente 9

10 localizzazione geografica. Successivamente si è effettuata l analisi sismica senza far affiamento a alcuna risorsa plastica ella struttura. Della secona soluzione strutturale presa in esame, ifferente alla prima per lo schema statico resistente alle azioni orizzontali, si è effettuato, prima, il imensionamento egli alternativi elementi i controventamento e poi, l analisi sismica manteneno anche in questo caso la struttura sempre in campo elastico. Il penultimo capitolo si basa su un analisi ettagliata el sistema i collegamento tra il nucleo i controventamento in calcestruzzo armato (vano scale-ascensore) e l impalcato realizzato in legno e costituito a travi, travetti e pannello i solaio. Tale collegamento è stato stuiato ex novo isegnano apprima gli elementi strutturali coinvolti e introuceno elementi metallici quali profili a L, ancoraggi, viti e chioi, tutti imensionati per trasmettere la forza i piano ricavata all analisi sismica che si iffone al centro elle masse verso il centro elle rigiezze e verificati con le normative cogenti (NTC e Eurocoici). L ultimo capitolo rappresenta le conclusioni. 10

11 Capitolo I: Cenni storici e caratteristiche el legno 1.1 Il legno nelle costruzioni Nella storia elle costruzioni il legno rappresenta il primo, e per molto tempo il più importante, materiale a costruzione per le strutture portanti. Se agli inizi il suo impiego era principalmente ovuto alle sue caratteristiche i lavorabilità e leggerezza, oggi la scelta i questo materiale è eterminata a caratteristiche e proprietà specifiche, come: Realizzazione in conizioni favorevoli all ambiente; Reperibilità e possibilità i lavorazione senza eccessivo impiego i energia a combustibili fossili; Rapporto molto vantaggioso tra peso e resistenza (portata); Ampio spettro i valori i ensità e i resistenza; Maggiore resistività termica unita a capacità i isolamento termico relativamente buona; Numerosi tipi i legno con aspetti esteriori caratteristici molto vari; Possibilità i ricorrere a mezzi e tecniche i collegamento i elevato valore e impiegabili nei moi più iversi; Grane scelta i semilavorati i legno massiccio e i prootti a base i legno con varie possibilità i impiego. Tutte le proprietà el legno corrisponono alle molteplici proprietà ell albero Sicurezza Esistono oramai esperienze scientifiche nazionali e internazionali che testimoniano l elevato livello i sicurezza i eifici interamente i legno 11

12 Capitolo I anche i molti piani, cosa già nota in iverse parti el mono (Nor America, Giappone, Nor Europa) in cui il legno viene normalmente utilizzato e spesso preferito per la realizzazione i eifici resienziali e pubblici anche i notevole importanza. Il legno è un materiale aatto alla realizzazione i eifici che esigono un efficiente comportamento nei confronti ei terremoti. Un progetto i ricerca italiano conotto al CNR-IVALSA in collaborazione con il National Institute for Earth science an Disaster prevention (NIED) ha portato alla realizzazione i una serie i test su piattaforma sismica sperimentale in Giappone su eifici interamente a struttura i legno i 3 piani (006) e 7 piani (007) (vei Figura 1.1) che hanno resistito benissimo a terremoti istruttivi quali il terremoto i Kobe el 1995 (Magnituo 6,9). Figura 1.1. Prove sismiche eseguite su un eificio i sette piani (fonte al CNR-IVALSA sulla piattaforma sismica sperimentale più grane al mono, la E-Defence el NIED a Miki nei pressi i Kobe, Giappone (007). Dei progressi ella ricerca scientifica nel campo ella tecnica elle costruzioni in legno si tiene conto anche nelle Norme Tecniche per le 1

13 Capitolo I Costruzioni (DM 14/01/008), nelle quali scompaiono le limitazioni i altezza per le costruzioni i legno in funzione ella zona sismica presenti nelle normative preceenti. Al contrario ell opinione comunemente iffusa e a ifferenza i altri materiali, il legno ha un ottimo comportamento nei confronti el fuoco (brucia molto lentamente e con velocità nota), migliore i altri materiali quali a esempio l acciaio (può sembrare un paraosso ma il punto ebole elle strutture i legno nei confronti ell incenio può essere proprio la presenza i elementi i acciaio non protetti). Figura 1.. Nella maggior parte ei casi la velocità i carbonizzazione è molto minore (in orini i granezza) ella velocità i incremento ella temperatura nei materiali metallici Durabilità Basterebbe a sola la foto sottostante per parlare i urabilità elle strutture i legno: Pagoa el tempio i Horyu-ji a Nara, Giappone, anno i costruzione 607.c., 5 piani, 31,5 m (vei Figura 4). Splenio esempio i eificio interamente i legno, leggero, resistente e flessibile che ha 13

14 Capitolo I resistito inenne a 14 secoli i terremoti istruttivi e è arrivato in conizioni perfette ai nostri giorni. Il legno, se conosciuto e aeguatamente progettato può urare secoli (basti pensare agli splenii esempi i coperture i chiese e eifici monumentali presenti nel nostro paese): in Nor America l 80% egli eifici resienziali, anche multipiano, sono i legno e superano tranquillamente i 100 anni i vita. Figura 1.3. Pagoa el tempio i Horyu-ji a Nara, Giap\pone, anno i costruzione 607.c., 5 piani, 31,5 m i altezza. Il concetto i urabilità i una struttura, efinita come conservazione elle caratteristiche fisiche e meccaniche ei materiali e elle strutture affinché i livelli i sicurezza vengano mantenuti urante tutta la vita ell opera, secono le Norme Tecniche per le Costruzioni, è un requisito essenziale per la progettazione i una costruzione al pari ella resistenza meccanica e ella stabilità. Nelle strutture i legno, la conoscenza el materiale e la corretta progettazione e realizzazione i alcuni ettagli costruttivi fonamentali, accompagnata alla reazione i un corretto programma i manutenzione 14

15 Capitolo I consente i raggiungere e superare abbonantemente i livelli i vita nominale ella struttura previsti alla normativa. Figura 1.4. Eificio i 3 piani a Vancouver, Canaa. Alcuni i questi eifici, interamente a struttura i legno, arrivano a 4 piani e superano i 100 anni i vita Legno e materiali a base i legno Le tipologie i elementi strutturali in legno sono numerose: legno massiccio, legno lamellare, pannelli Il Legno massiccio Il legno massiccio è quello che presenta maggiore traizione in eilizia e attualmente utilizzato per interventi i recupero e/o sostituzione i strutture esistenti. I prootti in legno massiccio vengono ricavati ai tronchi migliori per forma, imensioni, caratteristiche i accrescimento. Da ogni tipologia i tronco è comunque possibile ricavare vari elementi, i imensione e qualità iverse. Il vantaggio i un elemento in legno massiccio è che la sua struttura, rispetto alla materia prima, ha subito poche moifiche. In particolare: segagione e stagionatura naturale, essiccazione e eventualmente incollaggio. 15

16 Capitolo I Il legno massiccio per uso strutturale eve essere classificato secono la resistenza con una regola conforme alla norma armonizzata UNI EN Per il legname i provenienza italiana può essere applicata la norma UNI Più in generale, per la classificazione el legname massiccio i conifere ell Europa Centro-Su può essere applicata la norma DIN 4074; in ogni caso molti paesi Europei e non, hanno pubblicato norme nazionali per la classificazione el legname cresciuto all interno el proprio territorio. Tra le varie tipologie i elementi strutturali i legno massiccio si hanno: - travi uso Fiume e uso Trieste; - legname massiccio a costruzione giuntato o KVH; 16

17 Capitolo I - travi a o 3 lamelle Il Legno lamellare Le caratteristiche e gli stanar qualitativi, raggiunti soprattutto negli ultimi anni al legno lamellare incollato, renono questo materiale assolutamente ioneo per il suo impiego in strutture anche progettualmente complesse al punto i vista statico e in grao i soisfare senza troppi problemi le esigenze el moerno approccio alla progettazione strutturale. La tecnologia el legno lamellare incollato ha consentito i superare agevolmente le limitazioni connesse alle imensioni ei singoli elementi i legno, permetteno in questo moo i coprire luci anche significative e introuceno ulteriori vantaggi come la realizzazione i elementi a sezione variabile e i elementi curvi, quali a esempio archi e potali. Tale tecnologia consente inoltre, i ovviare a quegli inconvenienti, legati alla ifettosità intrinseca el legno, cui sono traizionalmente soggetti gli elementi i legno massiccio. Utilizzano tavole i spessore riotto, è possibile inoltre, controllare meglio l umiità i ogni singola lamella aeguanola a quelle che saranno le conizioni ambientali i esercizio ella struttura. Nella prouzione egli elementi in legno lamellare i prouttori evono obbligatoriamente seguire le prescrizioni i un Ente i certificazione, faceno riferimento alla norma specifica UNI EN 386 ( Legno lamellare 17

18 Capitolo I incollato. Requisiti prestazionali e requisiti minimi i prouzione ), valia per tutti i Paesi ell Unione Europea, o a norme nazionali più restrittive. Dal 010 è obbligatorio in Italia prourre e commercializzare elementi otati i marcatura CE, rilasciato a un Ente i Certificazione in conformità alla norma UNI EN ( Legno lamellare incollato. Requisiti ) I pannelli L impiego ei pannelli a base i legno in combinazione con elementi in legno massiccio o lamellare ha consentito lo sviluppo e l evoluzione el sistema costruttivo cosietto platform frame, che rappresenta a vari ecenni lo stanar ell eilizia resienziale in USA e Canaa e che si sta rapiamente iffoneno in molti altri Paesi Europei, inclusa l Italia. Si tratta i un sistema rapio che, oltre alla velocità i esecuzione, permette i ottenere una buona sicurezza statica e sismica. Esiste una vasta gamma i tipologie: - pannelli in legno massiccio; - pannelli i legno compensato e multistrati 18

19 Capitolo I - LVL (Laminate Veneer Lumber); - Pannelli listellari; - Pannelli i particelle ( truciolari ) - Pannelli i scaglie (per esempio gli OSB, quano le scaglie sono orientate); - Pannelli i fibre; - Pannelli in legno-cemento La maggior parte elle caratteristiche tecnologiche ei pannelli a base i legno risulta influenzata ai seguenti parametri (in orine i importanza): Dimensione e isposizione egli elementi unitari e loro specie legnosa; Tipo i aesivo (e egli eventuali aitivi) e qualità ell incollaggio; Massa volumica e umiità el prootto finito. La più interessante evoluzione el legname strutturale è il compensato i tavole ovvero il pannello costituito a strati incrociati i tavole, chioate o incollate (lo si può pensare come un setto portante pieno, otato i buona stabilità imensionale e massa elevata). 19

20 Capitolo I Questa famiglia i prootti, molto eterogenea per imensioni, composizione e processo prouttivo, ha conosciuto una forte iffusione in tempi molto rapii: nel 000 quasi non esistevano sul mercato italiano, oggi sono consierati la soluzione costruttiva più interessante per l eilizia resienziale. Il tutto in assenza i esplicite inicazioni normative, sia a livello nazionale che europeo (il DM e l EC5 neppure li menzionano, invece le CNR DT e l Eurocoice 5 lo fanno, ma solo per rimarcare l assenza i una specifica normativa e rinviare al benestare tecnico i cui ovrebbe essere otato ogni prootto) ma soprattutto in assenza, a parte i molti prouttori, anche elle inicazioni necessarie e sufficienti in merito alle moalità i calcolo e i realizzazione ei collegamenti. A livello prestazionale, le qualità ei pannelli costituiti a strati incrociati si possono riassumere così: Requisito Resistenza meccanica Sicurezza in caso incenio Igiene, salute e ambiente Sicurezza i utilizzazione Protezione contro il rumore Risparmio Prestazioni tipiche el compensato i tavole Ottimo rapporto peso/prestazioni, buona isotropia nel piano, elevata stabilità imensionale. Facile ottenere strutture con elevata uttilità, progettano bene i giunti. Facile ottenere una resistenza al fuoco elevata, in funzione egli spessori impiegati, spesso rionanti. Assenza i fumi tossici o scuri (in caso incenio, sono questi fattori maggiormente pericolosi). Assenza i emissioni inquinanti e/o polveri. Bassa emissione i formaleie per pannelli incollati con MUF (melanina-urea-formaleie) Facili a manovrare in cantiere, sicuri come resistenza all impatto, non più scivolosi rispetto a altri materiali a base i legno. Una massa più elevata, rispetto alla costruzione a telaio e pannelli, fornisce automaticamente un migliore isolamento, anche alle frequenza più basse. La conucibilità è quella el legno (U0,13 W/mK) 0

21 Capitolo I energetico quini l elemento strutturale è già anche isolante, e possiee una buona inerzia (utile per lo sfasamento e l attenuazione in regime estivo). Molto facile evitare i ponti termici. Le lacune esistenti nella normativa cogente hanno fatto si che il compensato i tavole si prestasse molto bene allo sviluppo i sistemi costruttivi, efiniti in termini precisi a singole aziene e/o associazioni. Tra i vari sistemi costruttivi formatisi (STILE1, SOFIE, ataholz.com) uno ei più noti è il SOFIE (Sistema Costruttivo Fiemme) che si è posto l obiettivo i efinire le prestazioni e le potenzialità i un sistema per la costruzione i eifici a più piani i legno trentino i qualità certificata e caratterizzato a elevate prestazioni meccaniche e basso consumo energetico, ottimi livelli i sicurezza al fuoco e al sisma, comfort acustico e curabilità nel tempo. Tale sistema è etto X-LAM (pannelli lamellari i legno massiccio a strati incrociati) i spessore variabile ai 5 ai 30 cm realizzati incollano strati incrociati i tavole i spessore meio i cm. I pannelli vengono tagliati a secona elle esigenze architettoniche completi i aperture per porte, finestre e vani scala e in seguito issati e collegati tra loro in opera con angolari metallici, chioi a rilievi troncoconici e viti autoforanti La casa baraccata La Calabria è una regione che nei secoli è stata con frequenza segnata a forti eventi sismici, il cui livello istruttivo è stato tale a raere interamente al suolo numerosi centri abitati, causano molte vittime e eterminano un continuo stato i rieificazione. Una situazione particolare si venne a verificare in seguito al sisma ricorato come Terremoto ella Calabria el 5 febbraio 1783, caratterizzato a cinque scosse catastrofiche ell XI grao ella scala Mercalli e a varie centinaia i scosse minori. Le scosse interessarono l intera Calabria meriionale e, in parte, la Sicilia orientale (l area i Messina). 1

22 Capitolo I La Calabria a quell epoca era suivisa in Calabria Citra e Caloria Utra e faceva parte el Regno i Napoli governato a Re Ferinano IV i Borbone, figlio i Carlo III Re i Spagna. Dopo il catastrofico terremoto el 1783 la rammatica realtà portò gli stuiosi e gli amministratori a impegnarsi in una attenta analisi ei fatti e a efinire un vero e proprio sistema costruttivo antisismico. Lo stuio ei sistemi i prevenzione sismica aveva già avuto tra fine Seicento e inizio Settecento un notevole incremento, in quanto le occasioni per nuove sperimentazioni erano state fornite per la ricostruzione ella Sicilia orientale opo il sisma el 1693 e quella ell Aquila negli Abruzzi el In Calabria questo nuovo sistema costruttivo è iniviuabile nel tipo strutturale ella casa antisismica che veniva realizzata secono il cosietto sistema costruttivo baraccato, a cui il nome i casa baraccata, che si ispirava anche alle norme antisismiche applicate a Lisbona, in Portogallo, ove opo il terremoto el 1755 una intelaiatura lignea (la gaiola pombalina ) con specifici caratteri antisismici era stata già utilizzata per rinforzare gli eifici in muratura costruiti opo il sisma. Sicuramente gli ingegneri i Ferinano IV, che stuiarono i moelli costruttivi opo il sisma el 1783, erano a conoscenza ella normativa portoghese, a cui si ispirarono per le loro ipotesi costruttive in Calabria, realizzano elle proposte che però attingevano prevalentemente alla traizione costruttiva locale. Infatti, osservano le rovine elle costruzioni sparse in tutti i centri abitati ella Calabria, i singoli rapporti i varie fonti avevano registrato la risposta soisfacente alle scosse sismiche i eifici con strutture in legno o in muratura con strutture lignee all interno: tra tutti l esempio più noto fu quello el Palazzo el Conte i Nocera a Filogaso, che era stato costruito prima el terremoto con una struttura lignea e che a Filogaso era stato l unico eificio che era rimasto in piei opo il terremoto el Allo stesso tempo fu eviente che la causa principale che aveva portato a tanta istruzione era iniviuabile nell uso i materiale molto povero e

23 Capitolo I spesso riciclato che era stato usato per costruire le abitazioni fino a allora, al punto a renere queste strutture fragili soprattutto alle scosse sismiche orizzontali, se l eificio è stato costruito per resistere solo a carichi verticali. L azione sismica arriva in forma i one urto che proucono movimenti orizzontali e verticali, o vibrazioni. Questi movimenti sono trasmessi alle fonazioni alle strutture i elevazione ell eificio causano, mentre l eificio sobbalza all alto in basso, effetti i compressione e taglio sui muri nel proprio piano e i flessione e spinte laterali in irezione a essi trasversale. La massa ell eificio, impeeno il movimento, prouce azioni i natura inerziale. L accelerazione el terreno può far sì che tutti i piani ell eificio si muovano unitariamente, ovvero prourre, soprattutto negli eifici più alti, una eformazione a anamento sinusoiale. In questo secono caso, a causa ell inerzia, le masse più alte ell eificio possono anche spostarsi al i fuori ella sua base, a un parte e all altra, per effetto i un movimento i tipo oscillatorio. Nel frattempo i movimenti el terreno possono essere cambiati, sollecitano la struttura ell eificio con moalità non previste, fino a riurlo in pezzi. Le azioni orizzontali risultarono particolarmente letali per gli eifici in pietrame costruiti nel iciottesimo secolo in Calabria. Questi eifici avevano strutture con tipologia rettangolare i ue o tre piani e con muri costruiti in pietrame sbozzato o blocchi i conglomerato povero, chiamati Brest. Elementi murari in pietra squarata potevano essere inseriti nei vani i porte e finestre. Ammorsamenti interni ai muri portanti perimetrali potevano reggere le travature ei solai e elle coperture. Le fonazioni erano in pietra e i tetti coperti a pesanti tegole. I problemi che questo tipo i eifici può avere in caso i terremoto sono innumerevoli. Le azioni orizzontali possono lesionare o portare a rottura le strutture murarie per la loro limitata plasticità o per scarsa resilienza. I muri portanti possono sgretolarsi, pereno parte ei materiali costitutivi, ma, anche quano si mantengono integri, i loro spostamenti possono prourre 3

24 Capitolo I lo scostamento o lo sfilamento elle travature orizzontali e quini il crollo ei solai. La rotazione ei muri esterni può anche portare a sconnessioni fonazionali, provocano il crollo i tutta la struttura. Anche il tetto pesante, concentrano masse inerti nella parte alta ella costruzione, risulta molto pericoloso, perché può provocare la cauta elle tegole sia all interno, sugli occupanti, sia all esterno, su quanti si trovano nei pressi ell eificio. Il legno, ata la sua elasticità, poteva piegarsi senza virtualmente spezzarsi; come materiale a costruzione, era quini ieale a essere aattato per resistere ai terremoti. L impiego el legno fu così alla base el sistema ella casa baraccata. Figura 1.5. Veuta ella città i Mileto, alla fine el In secono piano la vecchia città anneggiata al terremoto; in primo piano l inseiamento i baracche provvisorie (Principe, Città nuove in Calabria). Benché prive i elementi iagonali ionei a svolgere una funzione i controventatura, efficace per resistere a azioni orizzontali, questi eifici rappresentavano un eviente miglioramento rispetto alle costruzioni in pietra, esseno facili a costruire, molto più leggere e quini anche meno pericolose in caso i crollo. Le strutture lignee avevano anche un altro vantaggio rispetto alla muratura in pietrame sciolto: aveno membrature collegate le une alle altre venivano a creare un sistema strutturale più omogeneo e continuo. Pertanto, almeno al punto i vista ella sicurezza, il legno rappresentava una soluzione valia, anche se era poco 4

25 Capitolo I isponibile, costoso, e evientemente meno attraente, come unico materiale a costruzione, ella muratura, che assicurava invece migliori prestazioni i isolamento e tenuta all acqua. La risposta al problema ella scarsità e egli altri inconvenienti i questo materiale fu trovata nel combinare il legno con la muratura, in moo a realizzare eifici più sicuri. I principi appresi sulle costruzioni in legno sono ben illustrati a Gianbattista Mori, che riporta come le osservazioni in situ evienziassero che gli eifici scampati al terremoto erano quelli che avevano avuto un comportamento unitario e che questa unità era ata al fatto che ogni parte ella struttura era ben collegata alle altre. Una elle soluzioni al problema i unificare la struttura è proprio quella iscussa e illustrata a Vivenzio nella sua Istoria e Tremuoti. Figura 1.6. Sezione e prospetto ella casa. 5

26 Capitolo I Figura 1.7. Pianta ella casa e ella platea i fonazione. Figura 1.8. Moo i costruire muri negli eifici pubblici, ettaglio ella struttura in legno e el riempimento in pietra a taglio. Dettaglio ella cornice, ella gronaia e el tetto con lastre i lavagna o creta cotta. Dettagli ei Conuttori. 6

27 Capitolo I L intero eificio, al tetto alle fonazioni, appare tenuto insieme a una robusta intelaiatura lignea. I telai sono oppi, collegati a rinforzi trasversali, e preveono elementi iagonali a croce che legano insieme i montanti ai bori elle finestre con l ossatura principale ell eificio. L obiettivo ichiarato i Vivenzio era i proporre che tali strutture fossero tutte in legno, con tetti leggeri in assiti i legno (in sostituzione elle pesanti coperture traizionalmente usate nell Italia meriionale), elementi i tamponamento e ettagli costruttivi in legno. Ma prevee anche che le cavità ei muri fossero riempite in pietra o conglomerato. Il tipo i eificio che egli illustra, perciò, si presenta non tanto come una costruzione lignea, ma come soluzione costruttiva mista. Le escrizioni i questa casa antisismica fornite a Vivenzio sono tecnologicamente precoci a iversi punti i vista. In primo luogo, il principio i legare insieme come in un unica unità strutturale l intera costruzione rappresenta un acuta comprensione el moo in cui gli eifici reagiscono ai terremoti. In secono luogo, l aozione i iagonali i controventatura che si sviluppano per l intera costruzione per fornire resistenza alle azioni laterali è una soluzione estremamente efficace. Terzo, la forma ell eificio è simmetrica, e ciascuna elle parti i cui si compone, con quella centrale i imensioni maggiori, è basata su un quarato perfetto. Le unità laterali, scrive Vivenzio, contraffortano quella centrale, e se quest ultima ovesse crollare, non si ribalterebbe sulla straa. Queste criteri stabilivano le prescrizioni a seguire per la ricostruzione egli eifici in tutta la Calabria, e costituirono le basi el programma normativo per la ricostruzione aottato ai Borboni, incentrato sul sistema costruttivo ella casa baraccata La casa a gajola A Lisbona, opo il terremoto el 1 novembre 1755 venne varata una normativa antisismica che preveeva l obbligo i costruire eifici a intelaiatura lignea. 7

28 Capitolo I La gaiola o gabbia pombaliana al nome el Ministro, Marchese i Pombal che presieette alla ricostruzione ella città, era infatti una struttura lignea, che, in caso i terremoto avrebbe potuto sostenere i solai e lo stesso tetto, anche qualora le murature fossero caute, ata la sua inipenenza a queste ultime. La sua elasticità le garantiva una enorme resistenza, accentuata a un flessibile congegno i tasselli, anch essi lignei. La sua struttura è estremamente elementare: Si compone essenzialmente i un insieme i pali (prunos) e traverse (travessenhos) ( ). Le traverse sono connesse alle murature con una specie i ai (maos). Le parti superiori ei pali sono legate fra loro a travi (frechais), e nei vani, a architravi (vergas) e a travetti (penurais). Il legno usato era la quercia o il leccio. Questo sistema, usato per la ricostruzione i Lisbona e che è rimasto il più usato in Portogallo per molti anni, anche per eifici importanti, ha avuto il torto i sovraccaricare le facciate, ornanole i ceramiche, i un bell effetto architettonico, senza ubbio, ma i cui la cauta è inevitabile tanto è mal assicurato il loro ancoraggio ai muri. Figura 1.9. Moello ella gaiola (197) 8

29 Capitolo I Figura Moello ella gaiola ell Istituto Superiore Tecnico i Lisbona (1987) L Opus Craticium Un sistema in parte in legno ancora più antico, già utilizzato ai tempi ei romani, era l Opus craticium, un tipo i tramezzo molto economico realizzato con listelli i legno, canne o simili, intrecciati tra i loro e con gli interspazi riempiti i creta mescolata a pietrame. 9

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31 Capitolo II: Strutture in legno in zona sismica.1 Tipologie i sistemi resistenti alle azioni orizzontali. Stabilizzazione e controventi. La stabilizzazione e il controventamento i una struttura sono aspetti i primaria importanza nella progettazione i una costruzione in legno: essi intervengono in maniera assai rilevante nella concezione strutturale el progetto e, quini, anche nella sua caratterizzazione formale. Nella maggior parte elle situazioni si può affermare che una struttura in legno senza alcun tipo i accorgimento per la propria stabilità se sottoposta a carichi trasversali, anche i moesta entità, presenta eformazioni non accettabili. Gli accorgimenti che renono tale struttura rigia, nei confronti i tali azioni, sono comunemente efiniti controventi o sistemi i controvento e hanno per l appunto la funzione i stabilizzare i sistemi strutturali. Voleno essere più precisi, si può fare una istinzione tra stabilizzazione e controventamento, in funzione ella natura elle azioni cui il sistema irrigiente è sottoposta. Infatti, parlano i controventamento, ci si riferisce in genere a sistemi pensati per resistere a azioni esterne, generalmente orizzontali, che evono essere trasmesse alle fonazioni o a altre parti ell eificio; tra queste il vento (pressione/epressione sulle facciate e azione raente in copertura), il sisma, l azione ei carri ponte, gli urti. Stabilizzare singoli elementi strutturali, che possono essere soggetti a fenomeni i instabilità, significa, per contro, preveere ei sistemi in grao i resistere a azioni fittizie : si tratta infatti i forze interne agli elementi che si sviluppano, a esempio, in travi snelle soggette a fenomeni i instabilità flesso-torsionale, o in elementi compressi soggetti a fenomeni i instabilità i tipo euleriano. In pratica, si tratta i una ifferenziazione minimale giacché, nella pratica progettuale, i ue sistemi vengono quasi sempre a coinciere e l unica ifferenza è nella natura e nella combinazione elle azioni a consierare per la loro verifica. 31

32 Capitolo II.1.1 Sistemi controventati I controventi sono sistemi i irrigiimento ella costruzione usualmente isposti su piani verticali, sub-verticali o orizzontali. Sono quasi sempre responsabili, oltre che ella stabilizzazione i singoli elementi verticali, ella stabilità globale ella costruzione, inipenentemente alla presenza o meno i azioni orizzontali esterne applicate. Generalmente realizzati meiante: - pilastri incastrati alla base; - telai con noi rigii; - reticolari; - pareti i taglio. Figura.1. Sistemi i controvento per la trasmissione i azioni a terra e per stabilizzare travi i copertura L utilizzo i pilastri incastrati alla base è generalmente limitato a eifici monopiano i moeste imensioni, con valori non elevati ei carichi orizzontali a riportare a terra. Elevati momenti flettenti conucono i fatto a un sovraimensionamento ell elemento verticale, necessario per la 3

33 Capitolo II realizzazione el giunto rigio al piee. È, in genere, necessaria grane esperienza progettuale per garantire un aeguato vincolo i incastro alla base e soisfare, contemporaneamente, i requisiti richiesti per la curabilità (evitare attacchi fungini o marcescente per possibile ristagno i acqua). Quano si vuole evitare la trasmissione i momenti flettenti in fonazione, si possono aottare telai con noi rigii con l ulteriore vantaggio i permettere la realizzazione i grani aperture nelle pareti verticali. Trattasi necessariamente i telai incernierati alla base e con noo superiore resistente a momento, isposti con giacitura parallela alle azioni orizzontali che evono assorbire. Anche in questo caso, il imensionamento el giunto ne limita l utilizzo: in grani costruzioni, ovvero in presenza i forti sollecitazioni, le imensioni egli elementi el telaio e la complessità el collegamento portano a soluzioni antieconomiche. Il ricorso a configurazioni reticolari è sicuramente il sistema più utilizzato per realizzare i controventi, siano essi i parete o i fala, per economicità e semplicità i esecuzione. Il traliccio è solitamente realizzato a mezzo i elementi iagonali in tonini i acciaio o saette i legno Controventi in acciaio Nel caso i tiranti metallici, la configurazione più utilizzata è quella classica, con elementi isposti a croce i S. Anrea: in pratica, si realizza una struttura reticolare nel piano verticale in cui le briglie cono costituite ai pilastri ella struttura. Nelle strutture a maglia rettangolare regolare, nelle quali l oritura principale e seconaria risultano isposte secono ue irezioni tra loro ortogonali, l irrigiimento orizzontale i fala è generalmente ottenuto attraverso strutture reticolari i controvento, realizzate attraverso l inserimento i talune campate i aste iagonali metalliche in regime i soli sforzi assiali. 33

34 Capitolo II Figura.. Esempio i struttura con controvento in acciaio Ovviamente, solo il tono metallico teso risulta efficace ai fini ella resistenza: il iagonale compresso, a causa ell elevata snellezza, non è i fatto in grao i trasferire alcuno sforzo e ha la sola funzione i assicurare la bilateralità nel comportamento el controvento (un asta lavora per carichi in una irezione, l altra per quelli in irezione opposta). Il principale vantaggio el sistema è rappresentato alla possibilità i pretenere i tiranti urante la costruzione ella struttura, con correzione elle inevitabili e necessarie tolleranza i costruzione Controventi in legno Nel caso invece i realizzazione con iagonali in legno, si procee al imensionamento ell elemento iagonale in regime sia i trazione che i compressione, con una conseguente semplificazione el reticolo e maggiore rigiezza ella struttura i controvento. Il collegamento tra le iverse aste va stuiato attentamente al fine i conseguire economicità, uttilità e facilità i posa in opera. Gli elementi iagonali i legno, spesso sono a preferirsi a quelli in acciaio in quanto, oltre a essere in grao i lavorare sia a trazione che a compressione, garantiscono una migliore resistenza al fuoco. Di seguito, si citano le configurazioni che generalmente sono aottate per il controventamento meiante singoli elementi iagonali. 34

35 Capitolo II Configurazione a V Concettualmente analoga alla croce i S. Anrea, si ifferenzia a essa per la presenza i elementi iagonali in legno, in grao i lavorare sia a trazione che a compressione. Figura.3. Esempio i controvento in legno con configurazione a V. Affinché il sistema risulti efficace, ciascun elemento el reticolo ovrà essere imensionato per sopportare sia gli sforzi i trazione che quelli i compressione che gli competono, e i collegamenti ovranno ovviamente essere tali a assicurare la corretta trasmissione elle forze tra le iverse aste. In generale, saranno unque a preferirsi i 35

36 Capitolo II collegamenti bullonati anziché quelli con chioi, meno ionei nelle aste iagonali a sopportare sollecitazioni alternate. Configurazione a K Tipologia che trova il suo impiego ieale quano l interasse tra gli elementi strutturali a irrigiire è relativamente grane rispetto al passo egli arcarecci, ovvero ell oritura seconaria i collegamento ortogonale al sistema principale. Figura.4. Controvento in legno con configurazione a K Il grane vantaggio, rispetto al sistema a V, è ato alla presenza i puntoni i legno molto più corti, che presentano quini, a parità i sezione, una minore snellezza e che quini, sono in grao i resistere a sforzi i compressione molto più elevati. Quano l entità elle forze in gioco e le imensioni ella maglia strutturale lo permettono, la controventatura orizzontale i fala può essere 36

37 Capitolo II efficacemente realizzata sfruttano gli elementi propri el pacchetto i copertura. Si hanno in questo caso i cosietti iaframmi, realizzati attraverso la posa in opera i pannellature portanti con funzionamento a lastra rigia. a) b) c) Figura.5. Controventi con pannelli i legno strutturale: a) struttura portante; b) vista interna; c) pianta ei pannelli sfalsati. 37

38 Capitolo II I pannelli, generalmente costituiti a tavolati incrociati o pannelli i materiale a base i legno, vengono fissati all estraosso ell oritura principale e seconaria, generalmente meiante chioatura, opponenosi attraverso la resistenza a taglio nel proprio piano alle eformazioni imposte alle sollecitazioni orizzontali esterne. Ovviamente si evono consierare: - le caratteristiche fisico-meccaniche el pannello; - lo spessore el pannello, in rapporto alle imensioni ella struttura e all entità ei carichi agenti; - l interasse ella chioatura e le istanze ai bori; - la isposizione sfalsata ei pannelli e la successione ei giunti. I vantaggi nell utilizzo i pannelli i grani imensioni sono molteplici: - possibilità i trasferimento elle azioni attraverso un gran numero i elementi i collegamenti (chioi o viti) posti lungo i bori ei pannelli, il che consente i ottenere comportamenti caratterizzati a uttilità meia a elevata; - possibilità i sfruttare le pareti per altre funzioni: elementi compartimentanti ai fini elle verifiche al fuoco o come elementi per l isolamento al rumore, risultano quini economicamente vantaggiosi per ricoprire ifferenti funzioni non solo statiche; - possibilità offerte alla prefabbricazione e all inustrializzazione. E in particolar moo, per quanto riguara i controventi i fala, la razionalità ell impiego i grani pannelli prefabbricati i legno o i prootti a base i legno, risulta ancora più eviente, specialmente nei casi i solai i eifici pluripiano e coperture, ove la rapiità i montaggio i grani porzioni i superficie con un basso impiego i manoopera impiegata, talvolta a notevole altezza a terra, gioca certamente a favore i tale utilizzo Pareti i taglio Un ifferente tipo i controventamento ottenuto meiante le cosiette pareti i taglio può essere realizzato meiante: 38

39 Capitolo II - elementi in legno a sezione circolare o quarata isposti a blocchi; - montanti e correnti in legno associati a pannelli in materiale erivato al legno, o pannelli a base i gesso; - muratura, parete i calcestruzzo. Il secono in elenco è una elle tecnologie costruttive lignee più antiche; nasce infatti circa 300 anni fa negli Stati Uniti e Canaa con il nome i platform frame. I vantaggi nell utilizzo elle pareti i taglio sono el tutto analoghi a quelli visti nel caso ei pannelli..1. Sistemi puntuali: travi e pilastri (telai biirezionali) Concettualmente simile ai telai in calcestruzzo o acciaio (sistema travi e pilastri). Consente maggiori spazi liberi a pareti, con imensionamento aeguato. Possono essere costituite a elementi in legno massiccio oppure in legno lamellare incollato (Fig..4). Figura.6. Struttura a telaio con travi e pilastri in legno lamellare I collegamenti fra gli elementi possono essere effettuati più spesso con bullonatura, meiante interposizione i ronelle o piastre, meno con chioature o, a volte, a incastro con collante. I pilastri possono avere sezione quarata, rettangolare piena, oppure possono avere sezione 39

40 Capitolo II composta a ue elementi verticali aerenti tra loro o collegati a aste isposte a intervalli costanti. Le travi possono essere a sezione rettangolare piena, i tipo scatolare, cioè formata a ue correnti e a ue pannelli in compensato strutturale; oppure possono essere i tipo reticolare. Il collegamento el pilastro in legno alla fonazione (continua in c.a., plinti, trave corolo in legno) può avvenire con iversi sistemi i vincolo (Fig..7). Figura.7. Collegamento fra montante in legno e plinto in c.a.: a) con elemento metallico interposto; b) con profilati at; c) con profilati a U annegati nella fonazione in cls. Figura.8. Differenti collegamenti fra trave e pilastro nelle strutture a telaio in legno ottenuti meiante angolari, piastre metalliche salate o chioate 40

41 Capitolo II Il collegamento fra trave e pilastro può avvenire meiante angolari, piastre chioate o salate, con bulloni, con piastre metalliche interne (Fig..8). In queste strutture l irrigiimento trasversale o longituinale per resistere alle azioni orizzontali si può ottenere con pannelli i tamponamento all interno ei solai, con pannelli i solaio oppure con controventi reticolari metallici (Fig..9). Si possono anche realizzare controventi con nuclei in c.a. contenenti vani scala, ascensori o locali i servizio con la struttura, in tal caso, ancorata ai nuclei in c.a. meiante collegamenti metallici. Figura.9. Struttura a telaio con tamponamenti i solaio e controventi metallici.1.3 Sistemi misti: telai e pareti Tale tipo i sistema è ecisamente all avanguaria. Non si trovano, infatti, in letteratura esempi i un sistema costruttivo realizzato a telai in legno e pannelli che fungono al contempo a pareti perimetrali o ivisorie e a controventamenti. È nell ambito el Worl Conference of Timber Engineering tenutosi nel giugno el 010 a Riva el Gara (Trentino), che viene presentato questo innovativo sistema, frutto ella ricerca ell italiano Elia Terzi, escritto nel paper Experimental an theoretical report of the seismic behaviour of a 41

42 Capitolo II woo frame construction system. E che come egli stesso afferma nell introuzione è un sistema che riassume e concentra le tecnologie più importanti ei sistemi eilizi in legno in ambito sismico. Il sistema stuiato a Terzi è realizzato così: il sistema portante è costituito a travi e pilastri in legno lamellare mentre le pareti (pannelli Dolomiti Plus) hanno principalmente la funzione i irrigiimento e stabilizzazione el telaio contro le forze orizzontali e inoltre fungono a partizione verticale e risultano totalmente libere a funzioni statiche in relazione alle forze verticali assorbite appunto al telaio portante. Le pareti esterne sono caratterizzate a un pacchetto a più strati tipo sanwich (Fig..11), costituito a telaio in legno massiccio, strato coibente e rivestimento in multistrato i legno, incollati e pressati a calo. Figura.10. Pannello ILLE Plus sistema continuo che costituisce la parete. Detti pannelli vengono soliamente incastrati e fissati alla struttura meesima a pilastro a pilastro, in moo a garantire al sistema parete la necessaria rigiezza e controventatura. 4

43 Capitolo II Figura.11. Fasi costruttive i un eificio a tre piani Dolomiti Plus realizzato a L Aquila per Progetto C.A.S.E Sistemi a pannelli portanti Come preceentemente anticipato uno ei principali sistemi costruttivi a pannelli portanti è etto X-LAM (pannelli lamellari i legno massiccio a strati incrociati) che presentano uno spessore variabile ai 5 ai 30 cm realizzati incollano strati incrociati i tavole i spessore meio i cm. 43

44 Capitolo II E possono raggiungere lunghezze fino a 16 m e con una altezza pari all altezza i interpiano, preparati instabilimento meiante il taglio con macchine a controllo numerico e già completi i aperture. Una volta arrivate in cantiere vengono issate con mezzi meccanici i sollevamento e collegate fra loro e alle fonazioni: il processo costruttivo è molto veloce, sebbene il trasporto possa risultare più ifficoltoso sopratutto in aree i cantiere con accessibilità limitata. Figura.1. Struttura i un pannello a 5 strati 44

45 Capitolo II Figura.13. Fasi costruttive i un eificio a pannelli portanti.1.5 Sistemi speciali Telaio e pannelli (Platform Frame) È un sistema realizzato con pareti portanti realizzato tramite ei telai in legno massello o legno lamellare irrigiiti a pannelli su uno o ue lati. Il telaio, realizzato con montanti e correnti (Figura.14a), assolve allo scopo i opporsi alle azioni verticali mentre la pannellatura, chioata o aggraffata, a quelle orizzontali. I pannelli utilizzati in questo tipo i sistema, per le NTC al capitolo 7.7. possono essere o i tipo particellare, con peso specifico superiore a 650 kg/m e spessore non inferiore a 13 mm, o i compensato con spessore non inferiore a 9 mm. Inoltre, a causa elle istanze imposte per la chioatura, la base minima ell elemento costituente il telaio (almeno in corrisponenza ella giunzione ei pannelli) eve essere i 80 mm. Tra i pannelli i particelle i legno quelli con le caratteristiche meccaniche migliori sono gli OSB (Oriente Stran Boar), realizzati con resine 45

46 Capitolo II sintetiche e con impiallacciature sottili (stran). Gli stran vengono pressati in 3-4 strati: quelli egli strati esterni sono in generale orientati longituinalmente rispetto alla lunghezza el pannello, mentre gli stran egli strati intermei sono ripartiti trasversalmente. Figura.14. Pannelli OSB È proprio la non casualità ella isposizione egli elementi che li rene iversi agli altri pannelli i particelle e con caratteristiche meccaniche più vicine a quelle el legno i partenza. Elementi lineari inflessi a) Elementi lineari compressi 46

47 Capitolo II b) Figura.15. a) e b) costituiscono il sistema platform frame Il sistema platform frame in figura può essere utilizzato sia per la realizzazione i pareti che i solai, fungeno quini o a controvento i parete o i piano Pareti in blocchi i legno massiccio (blockhaus) Il sistema Blockhaus prevee che, in cantiere, le assi in legno i abete massiccio o lamellare vengano impilate orizzontalmente una sull altra fino a formare la parete ivisoria o portante, fissate a scanalature e a linguette i giunzione. Negli angoli le travi sono unite con incastri a pettine. a) 47

48 Capitolo II b) c) Figura.15. a) Incastro a pettine; b) particolare i fissaggio tra gli assi; c) interno i un abitazione. 48

49 Capitolo III: Inquaramento normativo 3.1 Normativa italiana L entrata in vigore el DM 14 gennaio 008 a partire al 1 luglio 009, cosiette NTC Norme tecniche sulle costruzioni, è un evento importante per una serie i consierazioni. Le Norme Tecniche per le Costruzioni finalmente legittimano il legno, massiccio e ricomposto come materiale strutturale accanto al calcestruzzo, armato o precompresso, all acciaio, al laterizio esaureno però solo in parte le richieste per far fronte a una progettazione completa e in alternativa vige ancora un situazione i coesistenza, o i rimano a leggi i altri paesi e/o comunitarie. Le NTC sono norme impostate su criteri prestazionali e non prescrizionali. Ne guaagna la ricerca, la proposizione i nuovi concetti i prootto e nuove tecnologie e sistemi costruttivi. Alcune novità introotte riguarano l impostazione volta a criteri probabilistici per la verifica ella sicurezza, perfezionano non solo il termine R (valori probabilistici elle resistenze), ma soprattutto E (effetti elle azioni, con l introuzione i azioni come urti, esplosioni, incenio,ecc.) per cui la fonamentale relazione R-E>0, assume contorni sempre meglio efiniti, con la riuzione ei margini i aleatorietà. Anche l introuzione el concetto i robustezza (controllo e limitazione i anni locali sull insieme strutturale), è assai convincente, specie per strutture, come quelle i legno, che facilmente possono subire fuoriservizi locali pur rimaneno verificato il comportamento complessivo. L introuzione elle verifiche obbligatorie agli stati limite ultimi e i esercizio anche per il legno, non fa altro che razionalizzare ciò che comunque non era trascurato nei calcoli, infatti l attenzione alle eformazioni nelle strutture lignee è sempre stato presente, così come le verifiche al fuoco, le verifiche elle connessioni e l attenzione ai carichi permanenti e i lunga urata per il fluage el legno (termine 49

50 Capitolo III francese per inicare un lentissimo scorrimento elle fibre el materiale nel tempo, nelle strutture sotto carico, e caratteristico anche el ferro e calcestruzzo). Gli effetti el fluage nel legno si verificano con un aumento notevole ella freccia i inflessione, che opo vari mesi risulta più che raoppiata. Notevole, specialmente col legno, l apertura elle NTC al progetto ella facile sostituzione e l obbligo a programmi e piani i manutenzione. Nello specifico, si tratta elle costruzioni in legno nel capitolo 4.4 il cui oggetto sono le strutture portanti realizzate con elementi i legno strutturale (legno massiccio, segato squarato o tono) o prootti strutturali a base i legno (lamellare incollato, pannelli) assemblati tra loro, e contiene inicazioni sui principi i calcolo a applicare e a seguire per gli elementi strutturali. Viene prescritto che il legno per impieghi strutturali eve essere classificato secono la resistenza, prima ella sua messa in opera. La valutazione ella sicurezza eve essere svolta secono il metoo egli stati limite, che comprenono i requisiti i resistenza, funzionalità e robustezza. Le azioni i calcolo evono essere assegnate a una elle classi i urata el carico. La resistenza a rottura el legno ipene in generale all umiità ello stesso: un aumento ell umiità provoca una riuzione ella resistenza. I valori i resistenza riportati nelle norme specifiche, alle quali fanno riferimento le norme i calcolo, sono riferiti a un umiità el legno el 1%, cioè a materiale in equilibrio igroscopico con un ambiente a umiità relativa el 65% e temperatura i 0 C (ciò, almeno, si consiera valio per il legname i conifera). La verifica ella sicurezza ovrà quini tener conto elle ifferenti conizioni climatiche in cui viene a trovarsi l elemento consierato. Per questo nel paragrafo vengono efinite 3 classi i servizio: 50

51 Capitolo III Classe i servizio 1 Classe i servizio Classe i servizio 3 È caratterizzata a un umiità el materiale in equilibrio con l ambiente a una temperatura i 0 C a un umiità relativa ell aria circostante che non superi il 65 %, se non per poche settimane all anno. È caratterizzata a un umiità el materiale in equilibrio con l ambiente a una temperatura i 0 C e un umiità relativa ell aria circostante che superi l 85% solo per poche settimane all anno. È caratterizzata a un umiità più elevata i quella ella classe i servizio. Tabella 3 1. Classi i servizio Anche la urata ell azione influenza la resistenza el materiale. In particolar moo, nel caso i sollecitazioni molto elevate, si riscontra una iminuzione ella resistenza el materiale in caso i carichi i lunga urata. Ciò significa che si può contare su una resistenza el materiale più elevata in presenza i carichi i breve urata. Anche in questo caso sono state efinite elle classi i urata el carico quale base per il calcolo: Classe i urata el Durata Esempio carico corrisponente Permanente Oltre 10 anni Peso proprio Lunga urata 6 mesi 10 anni Carichi nei epositi Meia urata 1 settimana 6 mesi Carichi i servizio in generale Breve urata < 1 settimana Neve Istantanea breve Carichi eccezionali, vento Tabella 3.. Classe i urata el carico 51

52 Capitolo III Quini i valori i calcolo per le proprietà el materiale a partire ai valori caratteristici si assegnano con riferimento combinato alle classi i servizio e alle classi i urata el carico. Il valore i calcolo X i una proprietà el materiale (o ella resistenza i un collegamento) viene calcolato meiante la relazione: X k X k mo ove: γ M k mo è un coefficiente correttivo che tiene conto ell effetto sia ella urata el carico sia ell umiità ella struttura; X k è il valore caratteristico i una proprietà el materiale; γ M è il coefficiente i sicurezza perziale per le proprietà el materiale. I valori i kmo sono riportati nelle norme i calcolo e sono qui richiamati in tabella (sulla base i Eurocoice 5 e el DT 06 el CNR), per gli elementi i legno massiccio, legno lamellare incollato, compensato e LVL (Laminate Venere Lumber), messi in opera a una umiità corrisponente alle conizioni i esercizio. Per gli altri casi ci si riferisce alle inicazioni in Eurocoice 5. Classe i urata el carico Classe i servizio 1 3 Permanente 0,60 0,60 0,50 Lunga urata 0,70 0,70 0,55 Meia urata 0,80 0,80 0,65 Breve urata 0,90 0,90 0,70 Istantaneo 1,10 1,10 0,90 Tabella 3 3. Valori el k mo per l Eurocoice Di seguito si riporta anche la tabella ei valori el CNR DT 06 el 007, Appenice A Resistenze i calcolo. k mo secono la 5

53 Capitolo III Tabella 3.4. Valori el k mo per la CNR Stati Limite i Esercizio Oltre a quanto è prescritto nelle Norme Tecniche per le Costruzioni riguaro a metoi e principi per gli Stati Limite i Esercizio, valii inipenentemente al tipo i materiale, le eformazioni egli elementi strutturali in legno e a base i legno, ipenono inoltre, all umiità e sono soggetti agli effetti i viscosità el materiale nel caso i carichi con azione prolungata nel tempo. Anche in questo caso viene efinito un coefficiente, enominato k if, che tiene conto contemporaneamente ei ue effetti citati. Si ottiene quini: ove w fin w ist w w + w w w fin ist if e if ' ist if eformazione totale finale eformazione istantanea k 53

54 Capitolo III w if eformazione ifferita, cioè ovuta agli effetti i umiità e viscosità w' ist " eformazione istantanea ovuta alle combinazioni i carichi quasi permanenti, cioè i carichi responsabili ell effetto viscoso i aumento elle eformazioni. A titolo i esempio, i valori limite massimi per una trave inflessa su ue appoggi, consigliati al DT 06 el CNR, sono: - per w ist l / 300 (per i soli carichi variabili) - per w net, fin l / 50 (per i carichi permanenti e variabili) - per w fin l / 00 (per i soli carichi variabili) Wist Wfin Wnet,fin WiffWcreep Figura 3 1. Contributi alla eformazione finale i un elemento appoggiato I valori i k if, per gli elementi i legno massiccio, legno lamellare incollato, compensato e LVL, messi in opera a una umiità corrisponente alle conizioni i esercizio sono riportati in tabella. Per gli altri casi ci si riferisce a quanto riportato nell Eurocoice 5. Tipo i legno Classe i servizio 1 3 Massiccio 0,60 0,80,00 Lamellare incollato, LVL 0,60 0,80,00 Compensato 0,80 1,00,50 Tabella Tabella coi valori i k if In riferimento ai collegamenti, in ogni connessione realizzata con connettori meccanici si creano elle eformazioni locali (ovute alla 54

55 Capitolo III eformabilità ei connettori e alla eformabilità locale el legno) che influenzano la eformazione i tutta la struttura e elle quali occorre tener conto esplicitamente urante la verifica egli stati limite esercizio i una struttura Stati Limite Ultimi Verifiche i resistenza La resistenza i un elemento strutturale eve essere verificata in base alle sollecitazioni cui è sottoposto, nelle sezioni che presentano la massima sollecitazione. Le tensioni interne si possono calcolare nell ipotesi i conservazione elle sezioni piane e i una relazione lineare tra tensioni e eformazioni fino alla rottura. Le resistenze i calcolo ei materiali inicate. X sono quelle preceentemente Le prescrizioni che seguono si riferiscono alla verifica i resistenza i elementi strutturali in legno massiccio o i prootti erivati al legno aventi irezione ella fibratura coinciente sostanzialmente con il proprio asse longituinale e sezione trasversale costante, soggetti a sforzi agenti prevalentemente lungo uno o più assi principali ell elemento stesso (Fig. 3.). Figura 3.. Direzione longituinale ella fibratura ell elemento 55

56 Capitolo III A causa ell anisotropia el materiale, le verifiche egli stati tensionali i trazione e compressione si evono eseguire teneno conto ell angolo tra irezione ella fibratura e irezione ella tensione Trazione parallela alla fibratura Deve essere soisfatta la seguente conizione: ove: σ oppure t, 0, f t, 0, σ t, 0, K mo γ f M t, 0, k σ t,0, è la tensione i calcolo a trazione parallela alla fibratura calcolata sulla sezione netta; f t,,0 è il valore i calcolo ella resistenza a trazione per il caso consierato; f t, k,0 è il valore caratteristico ella resistenza a trazione per il caso consierato; σ t,0, N A netta Anetta è l area ella sezione netta (minima) ell elemento; N è il valore i calcolo ello sforzo assiale per la combinazione i carichi i verifica. Nelle giunzioni i estremità si ovrà tener conto ell eventuale azione flettente inotta all eccentricità ell azione i trazione attraverso il giunto: tali azioni seconarie potranno essere computate, in via approssimata, attraverso una opportuna riuzione ella resistenza i calcolo a trazione Trazione perpenicolare alla fibratura Nella verifica egli elementi si ovrà opportunamente tener conto el volume effettivamente sollecitato a trazione. Per tale verifica si ovrà far riferimento a normative i comprovata valiità. 56

57 Capitolo III Particolare attenzione ovrà essere posta nella verifica egli elementi soggetti a forze trasversali applicate in prossimità el boro Compressione parallela alla fibratura Deve essere soisfatta la seguente conizione: ove: fibratura; σ oppure c, 0, f c, 0, σ c, 0, K mo γ f M c, 0, k σ c,0, è la tensione i calcolo a compressione parallela alla f c, k,0 è il valore caratteristico ella resistenza a compressione el materiale consierato; f c,,0 è il valore i calcolo ella resistenza a compressione per il caso consierato; σ c,0, N A lora Alora è l area ella sezione lora ell elemento; N è il valore i calcolo ello sforzo assiale per la combinazione i carichi i verifica. Deve essere inoltre effettuata la verifica i instabilità per gli elementi compressi, come efinita al capitolo ella CNR Compressione perpenicolare alla fibratura Deve essere soisfatta la seguente conizione: ove: fibratura; σ c, 90, f c, 90, σ c,90, è la tensione i calcolo a compressione ortogonale alla f c,,90 è la corrisponente resistenza i calcolo. Nella valutazione i σ è possibile tenere conto ella ripartizione el c,90, carico nella irezione ella fibratura lungo l altezza ella sezione 57

58 Capitolo III trasversale ell elemento. È possibile, con riferimento a normative i comprovata valiità, tener conto i una larghezza efficace maggiore i quella i carico Flessione Devono essere soisfatte entrambe le conizioni seguenti: σ σ m, y, m, z, + km f m, y, fm, z, 1 k m σ f m, y, m, y, σ + f m, z, m, z, 1 ove: σ m, y, e m, z, σ sono le tensioni i calcolo massime per flessione rispettivamente nei piani xz e xy eterminate assumeno una istribuzione elastico lineare elle tensioni sulla sezione (vei Fig. 3.1); f m, y, e f m z,, sono le corrisponenti resistenze i calcolo a flessione, eterminate teneno conto anche elle imensioni ella sezione trasversale meiante il coefficiente k h, come efinito al capitolo elle NTC. I valori a aottare per il coefficiente km, che tiene conto convenzionalmente ella riistribuzione elle tensioni e ella isomogeneità el materiale nella sezione trasversale, sono: - k m o, 7 per sezioni trasversali rettangolari; - k 1, 0 per altre sezioni trasversali. m Deve essere inoltre effettuata la verifica i instabilità allo svergolamento (flesso-torsionale) per gli elementi inflessi, come efinita al elle NTC Tensoflessione Nel caso i sforzo normale i trazione accompagnato a sollecitazioni i flessione attorno ai ue assi principali ell elemento strutturale, evono essere soisfatte entrambe le seguenti conizioni: 58

59 Capitolo III σ f t,0, t,0, σ + f m, y, m, y, + k m σ f m, z, m, z, 1 σ f t,0, t,0, + k m σ f m, y, m, y, σ + f m, z, m, z, 1 I valori i k m a utilizzare sono quelli riportati al Pressoflessione Nel caso i sforzo normale i compressione accompagnato a sollecitazioni i flessione attorno ai ue assi principali ell elemento strutturale, evono essere soisfatte entrambe le seguenti conizioni: σ f c,0, c,0, σ + f m, y, m, y, + k m σ f m, z, m, z, 1 σ f c,0, c,0, + k m σ f m, y, m, y, σ + f m, z, m, z, Taglio Deve essere soisfatta la: τ f y, ove: τ è la tensione massima tangenziale i calcolo, valutata secono la teoria i Jourawski; f v, è la corrisponente resistenza i calcolo Torsione Deve essere soisfatta la conizione: τ tor, k shfv, ove: τ è la tensione massima tangenziale i calcolo per tor, torsione; k sh è un coefficiente che tiene conto ella forma ella sezione trasversale; f v, è la resistenza i calcolo a taglio. 59

60 Capitolo III Taglio e Torsione Si può eseguire la verifica combinata: k τ tor, f sh v, τ + f v, Verifiche i stabilità Al paragrafo elle NTC si prescrive la necessità i effettuare le verifiche in termini i sicurezza ella struttura nei confronti i possibili fenomeni i instabilità quali lo svergolamento per le travi inflesse e lo sbanamento laterale per gli elementi compressi o pressoinflessi Collegamenti Riguaro ai collegamenti le Norme Tecniche rimanano alle norme UNI e alle pertinenti norme europee, oppure vagliano l ipotesi i effettuare prove meccaniche sperimentali. Nei paragrafi successivi (al al ) vengono elineate alcune irettive che vanno all elemento strutturale fino ai controlli e alle prove i carico a effettuare a struttura ultimata ove anche in questo caso si rimana a normative i comprovata valiità Materiali e prootti per uso strutturale Nel Capitolo 11 le NTC elineano prescrizioni che si applicano al legno massiccio e ai prootti a base i legno per usi strutturali. Vengono efiniti: i valori caratteristici i resistenza, il moulo elastico e massa volumetrica sia per il legno massiccio che per il legno lamellare incollato; in entrambi i casi basati su inagini sperimentali. Tutto questo capitolo è i ifficile conivisione, sia per la pratica progettuale, sia per i ati i calcolo. Qui la normativa risulta contraittoria, lacunosa, zeppa i riferimenti a UNI EN, UNI, EN e per i più concepita a strutturisti che hanno in mente altri materiali a costruzione. Mentre non ci sono troppi problemi per i prootti a base i legno, come il lamellare, poiché oggetto i prouzione inustriale, quini a controlli sui materiali i base (es. lamelle), sui processi 60

61 Capitolo III prouttivi, sui prootti finiti, suscettibili cioè i certificazione e classificazione, come gli altri materiali strutturali (acciaio, calcestruzzo, laterizio ), i problemi per la certificazione el legno massiccio a uso strutturale sono assolutamente aperti e le moalità escritte sono totalmente teoriche, fuori ella pratica prouttiva. Per quanto riguara la progettazione per zone sismiche, nel Capitolo 7.7 per le costruzioni in legno vengono efiniti i termini: uttilità statica (rapporto tra lo spostamento ultimo e lo spostamento al limite el comportamento elastico); noi semi-rigii (giunzioni con eformabilità significativa); noi rigii (giunzioni con eformabilità trascurabile); unioni con mezzi i unione a gambo cilinrico (unioni con mezzi meccanici come chioi, viti, spinotti, bulloni, ecc., sollecitati perpenicolarmente al loro asse) e noi i carpenteria (collegamenti nei quali le azioni sono trasferite per mezzo i zone i contatto e senza l utilizzo i mezzi i unione meccanici). E ue tipi i comporatamenti: a) strutturale issipativo; b) strutturale scarsamente issipativo Le strutture progettate secono il comportamento a) evono appartenere alla CD A o B, nel rispetto ei requisiti i cui al in relazione a: tipologia strutturale, tipologia i connessione e uttilità ella connessione. Le zone issipative ebbono essere localizzate nei collegamenti. Per le strutture progettate secono il comportamento b), che quini non rispettano le conizioni richieste per le CD A o B, gli effetti evono essere calcolati meiante un analisi elastica globale, assumeno un fattore i struttura q non superiore a 1,5. La tabella 7.7.I stabilisce quali sono i massimi valori el fattore i struttura q 0 per le ue classi i uttilità al variare elle tipologie strutturali. 61

62 Capitolo III Tabella 3.6. Tipologie strutturali e fattori i struttura massimi q 0 per le classi i uttilità (Tabella 7.7.I) q 0 varia a a 5 e sempre si assume q q0 K R 1, 5 ove K R è un fattore riuttivo che ipene alle caratteristiche i regolarità in altezza ella costruzione, con valore pari a 1 per costruzioni regolari in altezza e pari a 0,8 per costruzioni non regolari in altezza. Al fine i garantire valori el fattore i struttura q superiori a 1,5, le zone consierate issipative evono essere in grao i eformarsi plasticamente per almeno tre cicli a inversione completa, con un rapporto i uttilità 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 riuzione ella loro resistenza maggiore el 0%. Le isposizioni i cui al preceente capoverso nonché ai preceenti 7.7. a) e 7.7. b) possono consierarsi soisfatte nelle zone issipative i ogni tipologia strutturale se si verifica quanto segue: a) i collegamenti legno-legno o legno-acciaio sono realizzati con perni o con chioi presentanti iametro non maggiore i 1 mm e uno spessore elle membrature lignee collegate non minore i 10; b) nelle pareti e nei iaframmi con telaio in legno, il materiale i rivestimento strutturale è i legno o i materiale a esso erivato, 6

63 Capitolo III con uno spessore minimo pari a 4 e con iametro ei chioi non superiore a 3,1 mm. Qualora tutte le preceenti prescrizioni non siano soisfatte, ma sia almeno assicurato lo spessore minimo egli elementi collegati pari, rispettivamente, a 8 per il caso a) e a 3 per il caso b), si evono utilizzare valori riotti el coefficiente q 0 con i valori massimi presentati in Tab. 7.7.II. Tipologie strutturali q 0 Portali iperstatici con mezzi i unione a gambo cilinrico (perni, bulloni) Pannelli i parete chioati con iaframmi chioati 4,0 Tabella 3.7. Tipologie strutturali e valori riotti el fattore i struttura massimo q 0 (Tabella 7.7.II),5 3. Normativa europea Il programma i sviluppo i normative europee per le costruzioni (Eurocoici) iniziato nei primi anni Novanta, a seguito i preceenti progetti i stuio che avevano coinvolto comunitariamente i Paesi Europei, preveeva la stesura i una norma i riferimento per le costruzioni in zona sismica. Tale norma, l Eurocoice 8, è giunta nel Maggio 005 alla sua approvazione finale. Le singole nazioni europee evono recepire le inicazioni i questo coice e aattarne alcuni aspetti al contesto nazionale. Per il suo carattere i norma i nuova generazione, per la sua valenza internazionale e per la stabilità raggiunta con la versione finale, si illustreranno qui i seguito gli aspetti principali riguaranti la progettazione elle strutture in legno elineati nell Eurocoice 8. Esso è strutturato in Parti, elle quali la prima e la terza sono eicate agli eifici. In particolare la prima tratta il progetto i eifici nuovi, mentre la terza riguara l aeguamento sismico egli eifici esistenti. Per quanto riguara le costruzioni in legno l Eurocoice 8 tratta il 63

64 Capitolo III progetto i eifici nuovi nel capitolo 8 ella prima Parte. Il problema ell aeguamento i eifici o strutture in legno, invece, non è specificatamente contemplato. Nel capitolo ottavo sugli eifici in legno, il primo punto el testo fornisce alcune efinizioni e con queste già evienzia le moalità progettuali e gli elementi sui quali la norma fa affiamento per risponere all azione el sisma. Infatti, la prima efinizione è quella i uttilità statica, intesa come rapporto tra eformazione ultima e eformazione al limite elastico, valutata in prove cicliche quasi-statiche, cioè svolte lentamente, con carico a bassa velocità i variazione nel tempo. Ciò corrispone ai protocolli i prova correntemente utilizzati nel laboratori che svolgono prove sui materiali e strutture. Tutte le altre efinizioni riguarano le giunzioni: innanzitutto la norma efinisce le giunzioni semirigie come giunzioni che presentano una flessibilità significativa, ella quale occorre tenere conto nei calcoli, secono quanto già suggerisce l Eurocoice 5; viceversa, sono giunzioni rigie quelle i cui questa flessibilità manca o è trascurabile: tra queste vi sono le giunzioni tra elementi i legno incollati. Le giunzioni a gambo cilinrico fanno uso i connettori metallici, quali chioi, viti, spinotti, bulloni caricati perpenicolarmente al loro asse. Infine nei giunti i carpenteria i carichi vengono trasferiti irettamente a elemento a elemento attraverso pressione iretta e senza contributo statico i connettori metallici. Il punto successivo inica i ue criteri fonamentali i progettazione: specifica infatti che è possibile progettare la struttura o basanosi solamente sulle sue caratteristiche elastiche e faceno affiamento solo su una minima capacità i issipazione che comunque si riconosce presente in tutte le strutture, i qualsiasi materiale a costruzione siano composte, oppure sviluppano le sue capacità i issipazione, che si classificano in ue possibili livelli. Nel primo caso il progetto prevee una struttura puramente elastica senza particolari accorgimenti e 64

65 Capitolo III requisiti nel progetto i elementi e giunzioni all infuori i quanto già richiesto per le strutture correnti nell Eurocoice 5. Anche in questo caso, poiché si riconosce una sia pur bassa capacità i issipare, il fattore i struttura a applicare per riurre lo spettro elastico è superiore all unità e pari a 1,5. Nel secono caso, è possibile sviluppare il progetto selezionano e prouceno una capacità i issipazione meia oppure alta, caratterizzate a opportuni valori el fattore i struttura. Se ci si avvale ella capacità i issipare energia, solo le giunzioni possono essere consierate zone issipative, mentre gli elementi in legno evono essere ritenuti e evono mantenersi puramente elastici. La filosofia ell Eurocoice si basa infatti sul concetto i gerarchia elle resistenze, secono il quale si selezionano gli elementi e le zone ove si possono eventualmente sviluppare eformazioni anelastiche, nella prospettiva i evolvere, in conizioni ultime, verso un meccanismo i collasso prescelto e controllato. Alle zone issipative occorre garantire la possibilità reale i sviluppo elle eformazioni previste. Per gli stessi valori ell azione che eterminano eformazioni plastiche nelle zone issipative, a tutti gli altri elementi eve essere garantita la permanenza all interno el campo elastico. Nei punti successivi la norma concentra l attenzione sulle strutture issipative e fornisce inicazioni sull utilizzo i materiali e sulle proprietà che le zone issipative evono posseere. In particolare per le giunzioni: - solo materiali e connettori meccanici che siano in grao i fornire un comportamento a fatica oligociclica appropriato possono essere usati in tali giunzioni; - i giunti incollati evono essere consierati non issipativi; - i giunti i carpenteria, che erivano alla traizione ma sono talora presenti anche nelle costruzioni nuove, possono essere utilizzati solo se in grao i fornire una capacità i issipazione 65

66 Capitolo III aeguata. Questi giunti non evono sviluppare moi i collasso fragili, ovuti per esempio a taglio o a trazione in irezione perpenicolare alla fibra e potranno essere utilizzati solo sulla base i risultati sperimentali appropriati, che ne imostrino le capacità post-elastiche. Si noti che la norma non tratta alcuna tipologia mista i nuova concezione. Pertanto, le unioni incollate, così come vengono nominate alla normativa italiana, evono essere consierate non issipative. Per i pannelli nelle pareti i taglio e nei iaframmi occorre rispettare alcune conizioni sulla massa volumica e sugli spessori, sia a garanzia i una sufficiente rigiezza e resistenza, sia per premunirsi nei riguari i una possibile instabilizzazione el pannello soggetto a compressione e a taglio, che impeirebbe i realizzare la conizione i funzionamento prevista. Per garantire lo sviluppo i un aeguato comportamento nelle connessioni o, comunque, nelle zone issipative, la norma richiee i conurre prove cicliche su tali particolari strutturali, secono una proceura preefinita che prevee escursioni in campo plastico efineno il numero i cicli a inversione completa, pari a almeno 3, l estensione ella eformazione anelastica espressa in termini i uttilità e la massima riuzione consentita nella resistenza in seguito ai cicli, che ammonta al 0 %. Il rapporto i uttilità statica richiesto è pari a 4 o a 6 rispettivamente per le strutture a meia o alta capacità i issipazione (come efinite nella successiva tabella 3.8). Capacità i Fattore i Esempio issipazione struttura bassa 1,5 Mensole, archi a ue o tre cerniere, strutture reticolari unite con connettori 66

67 Capitolo III meia alta,0 Pannelli i parete incollati con iaframmi incollati, collegati meiante chioi e bulloni; strutture reticolari con collegamenti a mezzo i bulloni o spinotti; strutture cosiette miste, ovvero con intelaiatura (sismoresistente) in legno e tamponature non portanti.,5 Portali iperstatici con mezzi i unione a gambo cilinrico, spinotti e bulloni 3,0 Pannelli i parete chioati con iaframmi incollati, collegati meiante chioi e bulloni; strutture reticolari con giunti chioati 4,0 Portali iperstatici con mezzi i unione a gambo cilinrico, spinotti e bulloni 5,0 Pannelli i parete chioati con iaframmi chioati, collegati meiante chioi e bulloni Tabella 3.8. Fattori i struttura nell Eurocoice 8 (Tabella 8.1) Con queste premesse, la norma inica i valori ei coefficienti i struttura che possono essere aottati quano si intene progettare rispettivamente a meia o a alta uttilità, in funzione elle tipologie strutturali. I valori riportati nella tabella 3.8, sono i massimi che è consentito utilizzare per ogni tipologia strutturale: sarà compito el progettista valutare caso per caso quali possono essere i valori effettivi a utilizzare nei calcoli. Tali valori ovranno comunque essere riotti el 0 per cento, qualora non sussistano piene conizioni i regolarità nella struttura in elevazione. Poiché non è sempre agevole ricorrere a prove sperimentali, la norma stessa offre la possibilità i soisfare i requisiti i uttilità attraverso il solo rispetto i ulteriori specifiche i carattere geometrico che ne garantiscono lo sviluppo. 67

68 Capitolo III Nelle giunzioni tra legno e legno o legno e acciaio con spinotti, bulloni e chioi lo spessore minimo egli elementi connessi eve essere almeno ieci volte il iametro el connettore, che a sua volta non eve superare i 1 mm; nelle pareti i taglio e nei iaframmi, il pannello a base i legno eve avere spessore i almeno 4 volte il iametro el chioo che, a sua volta, non eve superare i 3,1 mm. Il rispetto i requisiti meno stringenti è possibile, ancora senza obbligo i prove sperimentali, ma comporta una riuzione ei fattori i struttura. In queste specifiche ella norma si riconosce l obiettivo i attribuire all elemento metallico, mantenuto a limitato iametro, il compito i issipare energia plasticizzanosi. Ulteriori inicazioni riguarano l analisi strutturale e evienziano l importanza e la necessità i una moellazione strutturale accurata: a esempio, per le giunzioni occorre rappresentare aeguatamente il comportamento forza-scorrimento, per il moulo i elasticità nella irezione i fibratura si eve assumere il valore per carichi istantanei, che è più alto el 10% rispetto a quello a breve termine. Nella rappresentazione ella struttura, secono un moello comunemente utilizzato nelle analisi sismiche, si possono consierare rigii assialmente gli orizzontamenti, senza che siano necessarie particolari verifiche sul soisfacimento i questa ipotesi se sono progettati osservano alcune specifiche conizioni: il rispetto i una serie i regole i ettaglio e l assenza i aperture tali a influire significativamente sulla rigiezza stessa. Le regole i ettaglio fornite per i iaframmi orizzontali riguarano prevalentemente: limiti alla spaziatura i chioi e connettori, atti a favorire lo sviluppo i uttilità; l eliminazione i isuniformità che possano innescare situazioni critiche impreviste e moi i collasso fragili. In questo senso agisce la specifica sulla continuità elle travi, sui rafforzamenti nei iaframmi in presenza i aperture e sulla limitazione el 68

69 Capitolo III rapporto tra altezza e base nelle sezioni elle travi in assenza i elementi trasversali controventati (ai fini ella instabilità flessotorsionale). Per quanto riguara le giunzioni, le inicazioni i ettaglio riguarano sia i connettori che gli elementi stessi. Per i primi, nel caso i bulloni e spinotti si inica la necessità i serraggio e i posizionamento senza gioco nei fori e si limita l uso i iametri elevati, maggiori i 16 mm, a casi particolari. Inoltre spinotti e chioi a gambo liscio non possono essere usati se non vengono presi provveimenti specifici contro il loro sfilamento. L insieme i queste inicazioni mostra l obiettivo ello sviluppo e el mantenimento elle capacità issipative ei cicli i isteresi, limitano il egrao per eccessivo scorrimento e per riuzione i resistenza. Per quanto riguara, invece, gli elementi strutturali, si inica la necessità i aottare provveimenti per evitare fratture parallele alla fibratura originate a trazione ortogonale a essa. Per gli elementi compressi e le loro giunzioni, in particolare per i giunti i carpenteria che trasmettono irettamente il carico attraverso la compressione e l attrito, è importante evitare il collasso ella giunzione per sconnessione quano l azione sismica annulla o comunque riuce la compressione. La norma mette in guaria contro tale eventualità imponeno l inserimento i ispositivi metallici per garantire il mantenimento ella connessione. Queste inicazioni sono importanti anche come guia per il rinforzo elle connessioni traizionali presenti nelle strutture esistenti, che non sono esplicitamente contemplate in questa norma. Ancora per i giunti i carpenteria, in presenza i sforzi tangenziali, può verificarsi talvolta una frattura fragile lungo un piano i scorrimento parallelo alla fibratura. Questo fenomeno è tipico elle capriate, nelle giunzioni in cui il puntone è poco angolato rispetto all elemento orizzontale (catena) in cui si inserisce. Per evitare che si realizzi questa 69

70 Capitolo III moalità i collasso fragile, si suggerisce i verificare tale sforzo secono le inicazioni ell Eurocoice 5 aumentano i un fattore 1,3 il relativo fattore parziale. Una migliore conoscenza el comportamento post-elastico, soprattutto per le giunzioni e per i vari aspetti che riguarano le strutture leggere è stata raggiunta come risultato i numerosi programmi i ricerca internazionali e ha permesso una efinizione più puntuale elle risorse post-elastiche ottenibili nelle iverse tipologie e nei particolari che le caratterizzano. Ne sono erivate inicazioni, e quini in ultima analisi fattori i struttura, che iniviuano, per alcuni tipi i costruzioni in legno, la necessità i ricorrere prevalentemente alla risposta in campo elastico ma riconoscono a molte altre tipologie qualità sismiche tra le più elevate, anche in termini i capacità i risposta anelastica, e ben comparabili a quanto altri materiali a costruzione possono fornire. 70

71 Capitolo IV: Caso-stuio: progetto originale in zona non sismica 4.1 Descrizione eificio in oggetto Il progetto in esame è una palazzina a uso resienziale i tre piani che è stata eificata nel 007 alla Holzbau S.p.a. nel comune i Salò (BS) nei pressi i Riva el Gara. L eificio realizzato ha una struttura portante a telaio, costituita a travi e pilastri in legno lamellare rispettivamente el tipo BS14 e BS11 (GL8h e GL4h per la nuove UNI EN 1194) con le seguenti proprietà meccaniche: Num. Mater. Tipo i mater. Moulo E [ kn / cm ] Moulo G [ kn / cm ] Peso specifico γ [ kn / cm ] Coeff. Term. α[ 1/ C] Fattore sicur. γ M legno 1 lamella re E BS11 legno lamella re E BS14 Le sezioni utilizzate sono: Dimensione sezione trasversale Num. materiale Elemento Rettangolo 30/30 1 Pilastro Rettangolo 140/54 1 Banchina Rettangolo 30/54 Solaio Rettangolo 140/40 1 Banchina Rettangolo 160/400 Colmo Rettangolo 160/300 1 Bifala Rettangolo 160/800 1 Bifala 71

72 Capitolo IV Rettangolo 00/00 1 Pilastrino Rettangolo 160/550 1 Bifala Rettangolo 140/30 1 Diagonale Rettangolo 140/685 1 Diagonale Rettangolo 140/483 I solai sono realizzati a un pannello a tre strati ello spessore complessivo i 75 mm incastrato ai travetti e alle travi meiante chioi el iametro i 3 mm con un interasse i 10 cm. Le pareti perimetrali sono costituite a telai interni inglobati tra ue pannelli i tamponamento tipo OSB fissati tra loro con chioi el iametro i 3 mm e isposti in maniera molto fitta. Queste sono vincolate rigiamente sia alle colonne, meiante chioi i iametro 3 mm con un interasse i 10 cm e meiante viti a legno isposte incrociate, sia alle travi i banchina el solaio inferiore e superiore meiante viti a legno e angolari metallici chioati. Tutto al fine i assicurare rigiezza e uttilità. Le pareti ivisorie interne sono realizzate con pannelli in gesso fibra e svolgono un importante ruolo i elementi issipativi nei confronti elle azioni orizzontali pur non esseno progettate a tale scopo. La struttura in legno poggia su i una platea i fonazione realizzata in conglomerato cementizio armato. Le piante el piano terra e primo piano presentano le stesse misure e sono strutturate così come rappresentato in Figura 1, ove in rosso sono posti in evienza i pilastri in legno lamellare i sezione 3x3, mentre in color magenta gli elementi in conglomerato cementizio armato che costituiscono il vano scale-ascensore. In grigio sono rappresentati i muri perimetrali e le ivisioni elle unità abitative. La pianta risulta inscritta in un rettangolo i imensioni 1,4x6,6 ma non risulta regolare in pianta in quanto non simmetrica rispetto a ue irezioni ortogonali in relazione alla istribuzione i masse e rigiezze (tale aspetto verrà accuratamente trattato nel capitolo successivo). 7

73 Capitolo IV L eificio risulta anche irregolare in altezza per quanto al 7.. punto e); infatti i sistemi resistenti verticali (quali telai e pareti) non si estenono per tutta l altezza ella costruzione così come si può veere alle sezioni A-A e B-B riportate nelle Figure 4. e 4.3. B A A B Figura 4.1. Pianta piano terra e primo piano 73

74 Capitolo IV C Y X D Figura 4.. Sezione A-A A Y B Figura 4.3. Sezione B-B 74

75 Capitolo IV 4. Dati i base La struttura portante a telaio è stata imensionata ipotizzano i seguenti carichi permanenti per: - copertura CORRENTINI PERLINATO BARRIERA VAPORE 3 PANNELLI FIBRA DI LEGNO ensità 150kg / m sp mm 3 PANNELLO FIBRA DI LEGNO ensità 150kg / m sp mm LISTELLI 5.0 x 6.0 cm int. 80 cm TAVOLATO GREZZO sp. 3 mm GUAINA SOTTOTEGOLA LISTELLO E CONTROLISTELLO 5.0 x 3.0 TEGOLE TOTALE 0, 10kN / m 0, 1kN / m 0, 01kN / m 0, 18kN / m 0, 05kN / m 0, 0kN / m 0, 14kN / m 0, 01kN / m 0, 05kN / m 0, 45kN / m 1, 13kN / m PENDENZA: α 17, 0 TOTALE IN PIANTA TOTALE IN PIANTA ADOTTATO 1, 18kN / m 1, 0kN / m - solaio tipo TRAVETTI SOLAIO 14.0 x 4.0 int. 15 cm 0, 14kN / m PANNELLO 3S sp. 3 mm 0, 0kN / m 75

76 Capitolo IV GUAINA 0, 01kN / m PIETRISCO DI MARMO sp. 10 cm 1, 50kN / m PANNELLI FIBRA DI LEGNO sp. 0 mm PANNELLO FIBRA DI LEGNO sp. 30 mm CON IMPIANTO CALDO/FREDDO PANNELLO GESSOFIBRA sp. 0 mm 0, 03kN / m 0, 05kN / m 0, 0kN / m PAVIMENTO 0, 50kN / m PARETI DIVISORIE INTERNE 0, 30kN / m TOTALE, 93kN / m TOTALE IN PIANTA ADOTTATO 3, 00kN / m E i seguenti carichi accientali: - neve ZONA I QUOTA: 100 m.s.l.m. CARICO NEVE AGENTE IN DIREZ. VERTICALE E RIFERITO ALLA PROIEZIONE ORIZZONTALE DELLA SUPERFICIE SUPERIORE DELLA COPERTURA: CARICO NEVE DI RIFERIMENTO AL SUOLO COEFF. DI RIDUZIONE ADOTTATO PER TIPO DI STRUTTURA CARICO NEVE SULLA COPERTURA CARICO NEVE ADOTTATO PENDENZA: α 17, 0 q s µ q i sk q sk 1, 60kN / m µ i 0,80 q s 1, 8kN / m 1, 30kN / m 76

77 Capitolo IV - vento ZONA 1 VELOCITA DI RIFERIMENTO A 10 M DAL SUOLO: QUOTA DI RIFERIMENTO: v ref, 5, 00m / s 0 a m COEFF. MOLTIPLICATIVO PER LA QUOTA: k 0, 01 VELOCITA DI RIFERIMENTO MASSIMA: PRESSIONE CINETICA DI RIFERIMENTO: CLASSI DI RUGOSITA DEL TERRENO DISTANZA DAL MARE CATEGORIA DI ESPOSIZIONE DE SITO a v ref 5,00m / s qref v ref / 1, 6 0, 391kN / m D 0 km I COEFFICIENTI PER LA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE: k 0,17 z 0, 01 z, 00 r o min ALTEZZA DELLA COSTRUZIONE DAL SUOLO: z 10, 00m COEFFICIENTE DI TOPOGRAFIA: c 1, 00 COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE PER UNA ALTEZZA DAL SUOLO PARI A z : e t c ( z) k c ln( z / z ) [ 7 + c ln( z / z )], 776 r t o t o DAL SUOLO PARI A z min : ce( z) kr ct ln( z / zo ) [ 7 + ct ln( zmin / zo )] min 1 PRESSIONE DEL VENTO PER UNA ALTEZZA DAL SUOLO PARI A z MIN : p( z min ) qref ce cp c 0, 736 cp c DAL SUOLO PARI A z : p( z) q c c c 1, 085 c ref e p p c c COEFFICIENTE DINAMICO cp COEFFICIENTE DI FORMA (DA VALUTARE IN CONFORMITA ALLA FORMA DELL EDIFICIO - persone AMBIENTI NON SUSCETTIBILI DI AFFOLLAMENTO, 00kN / m 77

78 Capitolo IV TOTALE, 00kN / m TOTALE ADOTTATO IN PIANTA, 00kN / m - carico sismico Secono l Orinanza el Consiglio ei Ministri 374, 0 Marzo 003 e D. M. LL. PP. Del 16 gennaio COMUNE DI: GRADO DI SISMICITA : ZONA SISMICA Salò (BS) ZONA S 9 COEFFICIENTE DI INTENSITA SISMICA C ( S ) / 100 0, 070 COEFFICIENTE DI PROTEZIONE SISMICA I 1,00 COEFFICIENTE DI FONDAZIONE ε 1, 00 COEFFICIENTE DI RISPOSTA R 1,00 COEFFICIENTE DI DISTRIBUZIONE COEFFICIENTE DI STRUTTURA β 1, 0 γ i I ati riportati fino a ora, sono quelli utilizzati nei calcoli alla Holzbau S.p.a. La palazzina esseno stata costruita nel 007, la normativa a cui si è fatto riferimento per il calcolo el legno lamellare è la DIN 105; mentre per le ipotesi per i carichi e sovraccarichi e per quanto riguara il calcolo sismico si è fatto riferimento a quanto prescritto alla Normativa Italiana D.M. 16 gennaio 1996 e Orinanza el Pres. Cons. Min. n. 374 el 0 marzo

79 Capitolo V: Caso-stuio: progetto in zona sismica 5.1 Obiettivi Nell ambito i questo elaborato ci si prefiggono ue obiettivi: 1. effettuare un confronto, a parità i sollecitazioni agenti, i ue ifferenti soluzioni strutturali i una palazzina a uso resienziale i tre piani con struttura base in legno localizzata a Gemona el Friuli (UD), nel rispetto ei requisiti prescritti alle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M );. stuiare in maniera ettagliata i particolari costruttivi fonamentali i collegamento i una elle ue soluzioni, poneno particolare attenzione alle moalità i trasmissione elle forze orizzontali verso il nucleo in calcestruzzo armato. 5. Semplificazione ell architettonico originale e nuova localizzazione geografica Allo scopo i conseguire gli obiettivi prefissati si è eciso i apportare elle semplificazioni alla pianta el progetto originale. Di seguito si riporta la nuova pianta el piano tipo che conserva l ingombro complessivo i quella ata in consegna alla Holzbau S.p.a. i 1, 4 6, 6 m. Figura 5.1. Pianta piano tipo caso-stuio in zona sismica 79

80 Capitolo V Tale semplificazione è stata effettuate al solo scopo i snellire i calcoli manteneno l attenzione sulle problematiche ovute a una zona a alta pericolosità sismica. Infatti si è scelto i localizzare l eificio nel comune i Gemona el Friuli in provincia i Uine. Per il quale, al sito si sono ricavati i: Per le recenti Norme Tecniche per le Costruzioni D.M. 14/01/008, con le quali si è eciso i riverificare la struttura, le forme spettrali sono efinite a partire ai valori ei seguenti parametri su sito i riferimento rigio orizzontale: a g accelerazione orizzontale massima al sito; F 0 valore massimo el fattore i amplificazione ello spettro in accelerazione orizzontale; * T C perioo i inizio el tratto a velocità costante ello spettro in accelerazione orizzontale. Qui i seguito si riporta il calcolo el nuovo carico neve per la iversa localizzazione secono la normativa in vigore: ZONA I QUOTA: 68 m.s.l.m. PENDENZA: α 17, 0 CARICO NEVE AGENTE IN DIREZ. VERTICALE E RIFERITO ALLA PROIEZIONE ORIZZONTALE DELLA q µ q C C SUPERFICIE SUPERIORE DELLA COPERTURA: s i sk E t 80

81 Capitolo V CARICO NEVE DI RIFERIMENTO AL SUOLO COEFF. DI RIDUZIONE ADOTTATO PER TIPO DI STRUTTURA COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE PER NORMALE TOPOGRAFIA q q µ i sk sk C E 139, [ 1 + ( a s 158, kn / m 0,80 COEFFICIENTE TERMICO C 1 t 1 / 78) ] CARICO NEVE SULLA COPERTURA CARICO NEVE ADOTTATO q s 1, 64kN / m 1, 30kN / m Mentre il calcolo ella pressione el vento rimane invariato. 5.3 Le possibili soluzioni strutturali Si è pensato i stuiare ue ifferenti tipologie strutturali resistenti alle azioni orizzontali manteneno però invariata la originale struttura resistente ai carichi verticali a telaio realizzata in legno lamellare. Pertanto ai capitoli VII e VIII si sono stuiate rispettivamente: a) struttura realizzata con travi e pilastri in legno lamellare assemblati tra loro meiante collegamenti in acciaio in cui la funzione i controventamento è affiata, oltre che ai solai e alle pareti perimetrali, all elemento vano scale-ascensore che è realizzato in conglomerato cementizio armato; b) struttura realizzata con travi e pilastri in legno lamellare assemblati tra loro meiante collegamenti in acciaio in cui la funzione i controventamento è affiata, oltre che ai solai e alle pareti perimetrali, all inserimento i croci i sant Anrea in legno lamellare. Della soluzione originale si sono effettuate le verifiche per l analisi statica sulla base elle azioni agenti sulla costruzione secono quanto prescritto nel D.M. 14/01/

82 Capitolo V Per la secona soluzione invece sono stati imensionati gli elementi iagonali i controventamento sulla base ei carichi orizzontali agenti. Mentre per quanto riguara l analisi sismica, aveno le ue soluzioni uno schema statico iverso l uno all altro, in base all elemento o schema resistente alle azioni orizzontali principale, si è valutato attentamente : se la struttura presenta comportamento strutturale issipativo o non issipativo; nel caso i comportamento strutturale issipativo, se la uttilità è i classe alta (CD A) o bassa (CD B); la scelta el fattore i struttura; criteri i verifica in termini i resistenza, uttilità e capacità i eformazione. Il metoo i analisi utilizzato in entrambi i casi è quello ell Analisi Lineare Statica con calcoli eseguiti a mano. 8

83 Capitolo VI: Eificio resienziale multipiano in legno con nucleo in calcestruzzo armato 6.1 Analisi ei carichi Ipotesi i base: a) estinazione uso: civile abitazione; b) località: Gemona el Friuli (UD) Analisi ei carichi: - peso proprio TRAVETTI SOLAIO 14.0 x 4.0 int. 15 cm PANNELLO 3S sp. 3 mm GUAINA PIETRISCO DI MARMO sp. 10 cm PANNELLI FIBRA DI LEGNO sp. 0 mm PANNELLO FIBRA DI LEGNO sp. 30 mm CON IMPIANTO CALDO/FREDDO PANNELLO GESSOFIBRA sp. 0 mm PAVIMENTO PARETI DIVISORIE INTERNE TOTALE TOTALE IN PIANTA ADOTTATO 0, 14kN / m 0, 0kN / m 0, 01kN / m 1, 50kN / m 0, 03kN / m 0, 05kN / m 0, 0kN / m 0, 50kN / m 0, 30kN / m, 93kN / m 3, 00kN / m - vento ZONA 1 VELOCITA DI RIFERIMENTO A 10 M DAL SUOLO: QUOTA DI RIFERIMENTO: v ref, 0 5, 00m / s a m COEFF. MOLTIPLICATIVO PER LA QUOTA: k 0, 01 a 83

84 Capitolo VI VELOCITA DI RIFERIMENTO MASSIMA: v ref 5,00m / s PRESSIONE CINETICA DI RIFERIMENTO: CLASSI DI RUGOSITA DEL TERRENO DISTANZA DAL MARE CATEGORIA DI ESPOSIZIONE DE SITO qref v ref / 1, 6 0, 391kN / m D 70 km I COEFFICIENTI PER LA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE: k 0,17 z 0, 01 z, 00 r o min ALTEZZA DELLA COSTRUZIONE DAL SUOLO: z 10, 00m COEFFICIENTE DI TOPOGRAFIA: c 1, 00 COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE PER UNA ALTEZZA DAL SUOLO PARI A z : e t c ( z) k c ln( z / z ) [ 7 + c ln( z / z )], 776 r t o t o DAL SUOLO PARI A z min : ce( z) kr ct ln( z / zo ) [ 7 + ct ln( zmin / zo )] min 1 PRESSIONE DEL VENTO PER UNA ALTEZZA p z ( ref e p 0, 736 p DAL SUOLO PARI A z MIN : min ) q c c c c c DAL SUOLO PARI A z : p( z) q c c c 1, 085 c ref e p p c c COEFFICIENTE DINAMICO cp COEFFICIENTE DI FORMA (DA VALUTARE IN CONFORMITA ALLA FORMA DELL EDIFICIO - neve ZONA I QUOTA: 68 m.s.l.m. PENDENZA: α 17, 0 CARICO NEVE AGENTE IN DIREZ. VERTICALE E RIFERITO ALLA PROIEZIONE ORIZZONTALE DELLA q µ q C C SUPERFICIE SUPERIORE DELLA COPERTURA: CARICO NEVE DI RIFERIMENTO AL SUOLO COEFF. DI RIDUZIONE ADOTTATO PER TIPO DI STRUTTURA q q s sk sk µ i i sk E 139, [ 1 + ( a s 158, kn / m 0,80 t / 78) ] 84

85 Capitolo VI COEFFICIENTE DI ESPOSIZIONE PER NORMALE TOPOGRAFIA C E COEFFICIENTE TERMICO 1 C t 1 CARICO NEVE SULLA COPERTURA CARICO NEVE ADOTTATO q s 1, 64kN / m 1, 30kN / m 6. Analisi statica Come anticipato al capitolo preceente, si è eciso i riverificare alcuni elementi strutturali secono il più recente D.M. 14/01/008 in quanto il progetto risale a prima ella sua entrata in vigore Trave i copertura Elemento 158 sezione rettangolare 160x 850 I carichi agenti sono: 1) neve: q s 7,8 kn / m ; ) vento: q v,6 kn / m (per elementi sottovento e sulla copertura); 3) peso proprio: g 7, kn / m qf B A M T ql²/8 Mmax ql/ Figura 6.1. Schema statico trave i copertura Combinazione ei carichi F i γ + γ + g Gk q Q k i n ( ψ Q 1 0i ik ) Il carico neve è l azione base a consierare. Si hanno ue combinazioni: 85

86 Capitolo VI - urata istantanea (con vento): q 1 γ g + γ q q [ q + ψ q ] 13, 7, + 15, 7 8 s 0 v [, + 0, 6 5, ] - urata breve (senza vento): q 1 γ g + γ q q q s kn 5, 74 6 m kn 13, 7, + 15, 7, 8 106, 11, m Sforzi interni 1 M mezz [knm] T T [kn] A q ,4 q 14 77,44 B Valori i calcolo ella resistenza L effetto ella urata el carico e quello ell umiità el legno sono riassunti in un unico coefficiente i correzione, enominato k mo, con cui si eterminano i valori i calcolo ella resistenza el materiale. ove: x k γ mo k coefficiente i correzione mo x valore caratteristico i una proprietà el materiale k x valore i calcolo ella stessa proprietà el materiale γ M coefficiente i sicurezza parziale per le proprietà el materiale Secono le NTC in vigore per il legno lamellare incollato il coefficiente parziale i sicurezza vale: γ M 1, 45. Mentre i valori caratteristici el materiale utilizzato per le UNI EN 1194 è: - Legno lamellare incollato appartenente alla classe GL4h fm, k 4 N / mm (res. a fless.) M x k f v, k, 7 N / mm (res. taglio) 86

87 Capitolo VI f c, 90, k, 7 N / mm (compress) E /, 05 9 N mm (parall. caratt) E0 mean 600 /, 11 N mm (parall.meio) G mean / 70 N mm (val. meio) Il valore el k mo ipene tiene conto ell effetto, sui parametri i resistenza, sia ella urata el carico sia ell umiità egli elementi. Poiché la combinazione i carico comprene azioni appartenenti a ifferenti classi i urata el carico, si ovrà scegliere un valore i k mo che corrispone alla azione i minor urata. Per tale materiale e nella classe i servizio (esterno, coperto e non sottoposto all azione iretta elle intemperie), alla tabella 4.4.IV elle NTC, si ha: k 1,00 mo (combinazione 1) k 0,90 mo (combinazione ) Si trova quini la combinazione eterminante tra le ue. Le verifiche allo stato limite ultimo assumono la forma: F X Dal momento che: k k mo, 1 mo, 100, 111, 0, 90 F1 q1 6 e 1, 3 F q 11, si euce che la riuzione ei valori elle resistenze è minore ella riuzione ei valori ei carichi. Quini si può affermare che per le verifiche agli SLU, la combinazione i carico 1 ( k 1, mo 00 ) è eterminante Verifica agli stati limite ultimi Flessione sezione i mezzeria M max 175 knm Nmm Nel caso usuale i trave sottoposta a flessione semplice, la verifica avviene nel moo seguente: σ m, f m, 87

88 Capitolo VI tale verifica presuppone l assenza i fenomeni i instabilità ovuti allo svergolamento ella trave; questo perchè lo spostamento laterale ella parte compressa ella trave è completamente impeito su tutta la lunghezza ella trave, tramite copertura in questo caso (o pannellatura el solaio nel caso i trave tipo) fissata su tutta la lunghezza ella trave. Questo sistema i fissaggio mi permette i non consierare il coefficiente i sbanamento laterale k crit. Quini: σ m, M W max ove: W , mm 3 σ f , m, 6, k f , N mm mo m, k m,, γm N mm 9, 07 < 16, 55 la resistenza a flessione è verificata Taglio Sezioni A e B T 95, 4 kn 95, 4 10 max La verifica a taglio avviene nella sezione ella trave con la sollecitazione tagliante maggiore, secono la seguente isuguaglianza: τ f v, ove nel caso i sezione rettangolare con altezza h e larghezza 3 15, V paria a b:,, N τ 105, b h mm f k f 1, 7 145, 186 mo v, k v,, γm N mm 1, 05 < 1, 86 la resistenza a taglio è verificata Taglio sezione B (resistenza nella sezione intaglio) 3 N 88

89 Capitolo VI Nelle sezioni intaglio si crea uno stato pensionale che può essere molto sfavorevole a causa el rischio i fessurazione che può portare, a sua volta, al collasso ell intero elemento. A causa ell intaglio, la resistenza al taglio ella sezione terminale ella trave eve essere riotta. La verifica può essere eseguita secono le seguenti inicazioni: τ k v fv, ove: k v 1 min h 1, 5 11, i kn 1 + h x α( 1 α) + 0, 8 h i inclinazione ell intaglio h altezza ella trave in mm 1 α α x istanza fra l asse ella forza e l angolo ell intaglio in mm h ef α, con 0, 5 α < 1, 0 h k 6,5 per il legno lamellare incollato n k v 1 min 915, k v 1 6, 5 [ 0184, + 0, 07] 6, , 6165, τ 15, 95, , 109 N mm 1, 09 < 1 1, 86 la resistenza al taglio è verificata Compressione perpenicolare alla fibratura La verifica assume la forma: σ 15 c, 90, f c, 90,, ove: σ c, 90, F c, 90, A 90 89

90 Capitolo VI σ,90 valore ella forza i compressione a introurre F c, perpenicolarmente alla fibratura; A superficie i trasmissione ella forza o superficie 90 appoggio F 95, c, 90, c, 90,, 48 A k f 1, 7 N mm mo c, 90, k c, 90, 1, 86 γm 145, f N mm, 48 < 15, 186,, 79 la verifica è soisfatta con una superficie i appoggio pari a 160x40 1,6 8,5,4 Figura 6.. Superficie appoggio Verifiche agli stati limite esercizio Verifica i eformabilità Si verifica che le eformazioni ell elemento consierato non superino ei limiti prestabiliti. Occorre tener conto, trattano i stati limite i esercizio, ei carichi e elle sollecitazioni effettive agenti sulla struttura senza applicare alcun coefficiente i sicurezza consierano però, la loro conizione più sfavorevole. Nel caso i una trave in flessa la eformazione può essere suivisa nelle seguenti componenti: - eformazione iniziale istantanea w ist al momento ell applicazione el carico; 90

91 Capitolo VI - eformazione totale finale w fin corrisponente al valore massimo ella eformazione effettiva teneno conto egli effetti viscosi; - eformazione totale w net, fin rispetto alla posizione i riferimento teorica; - eventuale controfreccia w c. Wist Wfin Wnet,fin WiffWcreep Figura 6.3. Componenti ella eformazione i trave inflessa E0, mean N / mm momento inerzia: I y 850, mm - eformazione trave per effetto i g 7, kn / m w 5 gl 384 E 5 7, ist g, 86, 9 0, meaniy , 10 4 mm - eformazione istantanea per effetto el vento: q v 5, kn / m w 5 qvl 384 E 5 5, ist q, 07, v 9 0, meaniy , 10 mm combinazione i carichi frequenti G + G + P + ψ Q + ψ Q + ψ Q 1 11 k1 k 3 k3 ψ 0 per il vento 11, - eformazione istantanea complessiva: w ist wist g + ψ wist q, 86 +, 07 0, 3 7 mm w, 11,, v l ist, R 4, 5 mm w <, verificato ist w ist R 91

92 Capitolo VI eformazione a lungo termine La eformazione a lungo termine può essere calcolata utilizzano i valori mei ei mouli elastici riotti opportunamente meiante il fattore 1 /( 1+ kef ), per le membrature, e utilizzano un valore riotto nello stesso moo el moulo i scorrimento ei collegamenti. E E 0, mean, lungo term 0, mean Il coefficiente i eformazione 1 1+ k ef k ef tiene conto ell aumento i eformabilità con il tempo causato all effetto combinato ella viscosità e ell umiità el materiale. Nelle NTC 008 nella Tabella 4.4.V sono riportati i valori i k ef per legno e prootti strutturali a base i legno. Per legno lamellare incollato per la classe i servizio si ha: k ef 0,8 E mm 1+ 0, 8 0, m, l. t , 4 N / - eformazione trave per effetto i g a lungo termine: w gl 5 7, 7340 if, g 5, E m l t Iy ,, , 4 8, 10 mm - eformazione per effetto ella neve a lungo termine w 4 5 qsl if, 5, 58 qs 384 E0, m, l. t. Iy combinazioni frequenti G + G 1 i n i mm + ψ Q k + ( ψ Q ) 11 ψ 0 per la neve 11, 1 - eformazione lungo termine totale i ik wif wif, g + ψ11 wif, q 515, + 0, 5, 58 6, 7 mm w 7340 l net, fin s 9, 36 w <, verificato if w net fin 9

93 Capitolo VI 6.. Trave tipo solaio primo piano Elemento 08 sezione rettangolare 160x54, L 6, 13 m I carichi agenti sono: permanente strutturale p1, 3 kn/m 1) permanenti: permanente non strutturale p 0,7 kn / m ) accientali: CAT. A p a kn / m L interasse tra le travi è: i 3, 85 m Si calcolano quini i carichi lineari: q p 8,85 kn / m ; q kn m 1 p,7 / q a 7,7 kn / m Si calcolano gli sforzi interni per un carico fittizio: q f 1 kn / m qf B A 6,13 M T ql²/8 Mmax ql/ Figura 6.4. Anamento elle sollecitazioni sulla trave tipo Combinazione ei carichi F γ q p + γg q p + γq 1 qa 13, 8, ,, , 7, 7 7, 1 kn / m 1 G1 M 17, 4 knm max T 84 kn max 93

94 Capitolo VI 6... Calcolo ella resistenza k xk x mo γ M Per un legno lamellare Gl8h secono le UNI EN 1194: f m, g, k 8 N / mm (res. a fless.) f v, k 3, N / mm (res. taglio) f c, 90, k 3 N / mm (compress) E 0, N / mm (parall.caratt) E mean 1 mm (parall.meio) 0, 600 N / G mean 780 N / mm (val. meio) Si efinisce poi il peso specifico: γ 5 kn / m 3 e il coefficiente i sicurezza prescritto alle Norme Tecniche per le Costruzioni: γ M 1, 45. Per tale materiale per la classe i servizio 1 (caratterizzata a un umiità el materiale in equilibrio con l ambiente a una temperatura i 0 C e un umiità relativa ell aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all anno) si hanno: k 0,60 mo (classe i urata permanente solo carichi permanenti combinazione 1) k 0,80 mo (classe i meia urata carichi permanenti e accientali combinazione ) Si è verificato che la combinazione i carico, che consiera l effetto simultaneo i più azioni, risulta meno severa ella combinazione 1 che consiera solamente il carico permanente, penalizzata a un valore minore i k mo assunto a causa ella maggiore urata el carico. Di seguito, quini, si riportano i calcoli per le verifiche agli SLU con k 0,6. mo Verifiche agli stati limite ultimi flessione σ m, k cr fm, 94

95 Capitolo VI anche in questo caso, grazie alla pennellatura el solaio è consentito trascurare il coefficiente i sbanamento laterale k crit. Quini: σ m, M W max ove: W , mm ,4 10 N σ m, 8, ,64 10 mm f k f 0,6 8 mo m, k m, 11, 6 γ M 1,45 N mm σ m, cr π l eff b h E 0,05 G E mean mean π ,1 3045,6 N / mm λ rel fm, k 8, m 0,10 < 0,75 σ 3045,6 m, cr k cr 1 σ N < 1 11,6 11,6 ; mm m, 8,70 < 11, 6 la resistenza a flessione è verificata taglio T max 84 kn Deve essere verificata: τ f v, τ f 1,5 b h 3 V 1, k f ,6 3, 0,75 mo v, k v, 1, 3 γ M 1,45 N mm N mm 0,7 < 1, 3 la resistenza a taglio è verificata 95

96 Capitolo VI Taglio in sezione riotta Figura 6.5. Posizionamento ei travetti sulla trave Ipotizzo che la localizzazione ei travetti riuca la sezione principale i x15 mm: Figura 6.6. Sezione ella trave riotta ai travetti τ ove: k v fv, h α ef h k 6,5 per il legno lamellare incollato n 30 x k v k v 1 min ,5 1,1 0 6, ( 1) , τ 1, ,83 N mm 96

97 Capitolo VI 0,83 < 1 1, 3 la resistenza al taglio nella sezione intaglio è verificata. Compressione perpenicolare alla fibratura σ c, 90, f c, 90,, 15 F σ, 0, 93 f 3 c,90, c 90, A k f 0,6 3 mo c,90, k c, 90, 1, 4 γ M 1,45 N mm N mm 0,93 < 1,5 1,4 1, 86 la verifica è soisfatta con una superficie i appoggio pari a 300x300 3, 5,4 3 Figura 6.7. Superficie appoggio Verifiche agli stati limite esercizio Verifica i eformabilità E mean 1 mm 0, 600 N / momento inerzia: I y , mm - eformazione trave per effetto i q 1 + q 11,55 kn / m qp w 5 q pl 384 E , ist, g 4, 4 9 0, meani y , mm - eformazione istantanea per i carichi accientali: q a 7,7 kn / m w 5 qal 384 E 5 7, ist, q, 93 v 9 0, meani y ,84 10 mm 97

98 Capitolo VI combinazione quasi permanente effetti a lungo termine G + G + P + ψ Q + ψ 1 1 k1 k 3 k3 Q + ψ ψ 1 0,3 per CAT. A (ambienti a uso resienziale) - eformazione istantanea complessiva: w w w Q, q + ψ1w ist, 4,4 + 0,3,93 5, ist ist p q a 8 l ist, R 4, 5 mm w <, verificato ist w ist R eformazione a lungo termine E E 0, mean, lungoterm 0, mean 1 1+ k ef mm Dalla Tabella 4.4.V elle NTC per legno lamellare incollato e per la classe i servizio 1 si ha: k ef 0,6 E 1 1 mm 1+ 0,6 0, m, l. t N / - eformazione trave per effetto i q + q 11,55 N / mm a lungo termine: 1 w 4 q l 4 5 p 5 11, if, g 7, E m l t Iy ,, ,84 10 mm - eformazione per effetto i q a 7,7 N / mm w 4 5 qsl 5 7,7 613 if, 4, 7 qs 384 E m l t Iy ,, ,84 10 mm eformazione a lungo termine complessiva w w w, q + ψ1w if, 7,01 + 0,3 4,7 8, if if p q a 4 l net, fin 4, 53 mm w <, verificato if w net fin mm 98

99 Capitolo VI 6..3 Pilastrata Caratteristiche generali: posizione: 009 (noi 16 17) sezione: 30x30 materiale: Gl4h altezza: H 655 mm peso totale 158, ,9 kg l area influenza è stata calcolata in maniera semplifcativa così come segue: Figura 6.8. Area influenza A m P M 6,6 Figura 6.9. Schema statico pilastro 99

100 Capitolo VI Analisi ei carichi Carico per ogni piano: q q' + p. p + p. pil p travi p. ppil A H ρg, k Per le UNI EN 1194 la massa volumica: per il legno lamellare Gl4h è per il legno lamellare Gl8h è ρ ρ 3 g, k kg / m 3,8 kn / 380 m 3 g, k kg / m 4,1 kn / 410 m 3 3 p. p pil (30 30) 655 3,8 10 9, 43 kn p. p travi (30 54) ( ) 4, , 87 kn p. p solaio 1,0 (6 4) 8, 8 kn p acc (6 4) 48 kn p. ppil N1 + p. ptravi + p. psolaio + pacc 170 kn Il momento che viene alla trave è nullo. Pertanto si effettuano solo le verifiche a compressione e instabilità Verifica a compressione Deve essere soisfatta la seguente limitazione : σ c, 0, f c,0, ove: σ è la tensione i progetto a compressione in irezione ella c,0, fibratura e f c 0,, è la corrisponente resistenza i progetto. σ f N A c, 0, 1, 6 c, 0, f K N c, o, k 4 mm mo γ f M c,0, k N mm ove, in questo caso, esseno il carico accientale preponerante rispetto a quello permanente, si può assumere che la combinazione i carico che consiera simultaneamente l effetto i entrambe le azioni (permanenti e accientali) risulta più penalizzante; pertanto si assume 100

101 Capitolo VI un valore i k mo per la classe i servizio 1 e per una classe i urata el carico lunga, pari a 0,7. Di seguito si riportano i calcoli svolti: f 0,7 4 1,45 c, 0, 11,5 N / mm 1,66 < 11, 5 la verifica a compressione è soisfatta Verifica instabilità Deve essere soisfatta: ove k crit k σ c,0, f crit, c c,0, 1, c è il coefficiente riuttivo i tensione critica per instabilità i colonna valutato per il piano in cui si assume il valore minimo. λ rel, c f c,0, k σ c, crit λ π f c,0, k E 0,05 L λ ρ 0 min l I A min ,8 λ rel 95,8 4, c 1,54 > 1 π 9400 K crit, c k + k k 0,5(1 + β c 1 λ ( λ rel, c 0,3) + λ rel, c rel, c β 0,1 k 0,5(1 + 0,1(1,54 0,3) + 1,54 ) 1,75 ) K σ c,0, f crit, c c,0, K crit 1,75 +, c 1 1,75 1,6 0,37 < 1 0,388 11,5 1,54 0,388 la verifica instabilità è soisfatta 101

102 Capitolo VI 6.3 Analisi sismica Le azioni sismiche i progetto, in base alle quali eve essere garantito il rispetto egli stati limite ultimi e i esercizio, si efiniscono a partire alla pericolosità sismica i base el sito i costruzione. Nel presente caso i costruzione civile le verifiche agli stati limite ultimi o i esercizio evono essere effettuate per la combinazione ell azione sismica con le altre azioni già consierate per l analisi statica. Di seguito sono riportati i passaggi e i calcoli svolti a mano Combinazione ell azione sismica E + G1 + G + P + ψ j j Q kj Categoria/azione variabile ψ j Neve 0,0 Vento 0,0 Civile abitazione 0,3 Analisi SLU sismica: + 1 G + ψ E j Q kj j 6.3. Pesi i piano Per calcolare i pesi i piano è necessario prima eterminare le masse i piano. I carichi verticali, a partire ai quali si calcolano le masse i piano, sono ati a: W G1 + G + ψiq ki solaio piano tipo W piano (, 3 + 0, 7) + 0, 3 3, 6kN / m solaio i copertura W cop 1, 0 + 0, 0 130, + 0, 0 0, , kn / m L area i ciascun solaio vale: 10

103 Capitolo VI A piano 1, 4 6, 6 330m Si efinisce ora il contributo che ogni elemento strutturale à al peso i piano: solaio kn w piano 3, 6 330m 1188kN 119t m kn w cop 10, 330m 396kN 40t m travi (sezione ) si sviluppano per: ( 5, 4 1, 4) + ( 3, 6, 6) 150m 9 9 kn p. p. travi ( 30 54) 41, kg / m mm pilastri kg w travi m 10500kg 10, 5t m si effettuano i calcoli per la sezione : 9 9 kn p. p. pil ( 30 30) 38, kg mm m Si calcola l altezza meia ei pilastri: 3,5m / piano w pilastri 19 40kg m 3, 5m, 6t Si osserva che in copertura l incienza ei pilastri sarà imezzata: w tamponature pareti perimetrali Intonaco esterno, 6 pilastri COP 1, 3 t 36 kg / m Lastra cementizia per esterni 15 kg / m 103

104 Capitolo VI 3 Pannello rigio i lana i roccia ( ρ 60 kg / m ) Lastra cementizia Intonaco interno totale 1 kg / m 15 kg / m 36 kg / m 103 kg / m pareti interne Intonaco Lastra cartongesso 13 mm Pannello lane minerale Lastra cartongesso 13 mm Intonaco totale 5 kg / m 15 kg / m 1 kg / m 15 kg / m 5 kg / m 81 kg / m L altezza meia elle tamponature è calcolata come l altezza meia meno l altezza ella trave: 300 mm 54 mm 676 mm, 7 m Le tamponature esterne si estenono per: 1, 4 + 6, 6 78 m Quelle interne, che iviono le singole unità abitative sono calcolate, in maniera approssimata per un estensione i: 3 1, , m Per il calcolo el peso ella tamponatura si ipotizza un 0% in meno ovuto alla presenza ei vuoti (porte e finestre): wtampest 0, 8 103, , 4 kg 17, 5 t w tampint 0, 8 81, 7 46, , kg 8, 1 t Si osserva che in copertura l incienza ei tamponamenti è imezzata: w w 17, 5 tampcop 9 EST 8, 1 tampcop 4 INT vano scale t t Si calcolano le sezioni ei setti in calcestruzzo armato: 104

105 Capitolo VI ( 460 cm 30 cm) + ( 50 cm 30 cm) 588, m tale valore lo si moltiplica per 0,8 per tener conto elle aperture. L altezza complessiva è pari a H 10, 5 m e consierano il peso t specifico el calcestruzzo armato pari a γ c, 5 m 3 ; si etermina quini il contributo che l intero nucleo a al peso i piano: t w vano, 5 ( 0, 8 5, 88 m ) 10, 5 m 13 t 3 m Riassumeno: peso sismico piano tipo Solaio Travi Pilastri Tamponatura esterna Tamponatura interna Contributo vano scale totale 119 t 10, 5, 6 t 17, 5 8, 1 t 41 t t t 198, 7 t 00 t peso sismico piano copertura Solaio Travi Pilastri Tamponatura esterna Tamponatura interna Contributo vano scale 40 t 10, 5 t 1, 3 t 9 t 4 t 0, 5 t 105

106 Capitolo VI totale 85, 3 t 86 t Valutazione elle azioni ovute al sisma Secono quanto prescritto alla Normativa (par..4.1 el DM 14/01/008), efiniamo la Vita Nominale ( V N ) ell opera pari a 50 anni. In presenza i azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze i una interruzione i operatività o i un eventuale collasso, le costruzioni sono suivise in Classi Uso. Pertanto l eificio in esame rientra nella II Classe (eificio estinato a civile abitazione, normali affollamenti). Le azioni sismiche su ciascuna costruzione vengono valutate in relazione a un perioo i riferimento V R che si ricava, per ciascun tipo i costruzione, moltiplicanone la vita nominale V N per il coefficiente uso C U : V R V N C U Il valore el coefficiente uso CU è efinito al variare ella classe uso; nel caso in esame a normativa è pari a 1. Quini: V 50. Si ipotizza i essere in presenza i terreno i tipo C. R Si efiniscono quattro obiettivi prestazionali relativi all input sismico: SLO P 81% in 50 anni SLD P 63% in 50 anni SLV P 10% in 50 anni SLC P 5% in 50 anni T rit 30anni T rit 50anni T rit 475anni T rit 975anni 106

107 Capitolo VI Analisi statica equivalente Spettro i risposta elastico in accelerazione elle componenti orizzontali Qualunque sia la probabilità i superamento nel perioo i riferimento P V R consierata, lo spettro i risposta elastico ella componente orizzontale è efinito alle espressioni seguenti: T 1 T 0 T T B Se( T ) ag S η F0 + 1 TB η F0 TB T T S ( T ) B T C e g η 0 a S F T T C T D TC Se( T ) ag S η F0 T S ( T ) a T T S η F T C D T T D e g 0 nelle quali: T e S e sono, rispettivamente, perioo i vibrazione e accelerazione spettrale orizzontale; S è il coefficiente che tiene conto ella categoria i sottosuolo e elle conizioni topografiche meiante la relazione esseno S S S S T S S il coefficiente i amplificazione stratigrafica e coefficiente i amplificazione topografica; S T il η è il fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti i smorzamento viscosi convenzionali iversi al 5%, meiante la relazione η 10 /( 5 + ξ) 0, 55 ove ξ (espresso in percentuale) è valutato sulla base i materiali, tipologia strutturale e terreno i fonazione; F 0 è il fattore che quantifica l amplificazione spettrale massima, su sito i riferimento rigio orizzontale, e ha valore minimo pari a,; 107

108 Capitolo VI T C è il perioo corrisponente all inizio el tratto a velocità costante ello spettro, ato a T C C ove C C è un coefficiente funzione ella categoria i sottosuolo; TB è il perioo corrisponente all inizio el tratto ello spettro a accelerazione costante C T * C T B T C / 3 TD è il perioo corrisponente all inizio el tratto a spostamento costante ello spettro, espresso in seconi meiante la relazione: T D ag 4, , g Amplificazione stratigrafica Per la categoria i sottosuolo C i coefficienti calcolati, in funzione ei valori i F 0 e SS e C C possono essere * T C relativi al sottosuolo i categoria A, meiante le espressioni fornite nella Tabella sottostante, nelle quali il tempo è espresso in seconi. Tabella 1. Valori i S S e C C Categoria sottosuolo Ss Cc A 1,00 1,00 B a * 1, , 0, 40 F0 1, 0 110, T C g C a * 1, , 0, 60 F0 1, 50 1,05 T C g D ag * 0,90,40 1,50 F0 1, 80 1,5 T C g E ag * 1,00,00 1,10 F0 1, 60 1,15 T C g g ( ) g ( ) ( ) ( ) 0, 0 0,33 0,50 0,40 108

109 Capitolo VI Amplificazione topografica Per tener conto elle conizioni topografiche e in assenza i specifiche analisi i risposta sismica locale, si utilizzano i valori el coefficiente topografico S T riportati nella Tabella sottostante Tabella. Valori massimi el coefficiente i amplificazione topografica Categoria Ubicazione ell opera o S T topografica ell intervento T1-1,0 T In corrisponenza ella sommità el penio 1, T3 In corrisponenza ella cresta el rilievo 1, T4 In corrisponenza ella cresta el rilievo 1,4 S T Spettri i progetto per gli stati limite ultimi Ai fini el progetto o ella verifica ella struttura le capacità issipative i questa possono essere messe in conto attraverso una riuzione elle forze elastiche, ossia teneno in conto, in moo semplificato, ella capacità issipativa anelastica ella struttura, ella sua sovraresistenza, ell incremento el suo perioo proprio a seguito elle plasticizzazioni. In tal caso, lo spettro i progetto S (T ) a utilizzare, sia per le componenti orizzontali, sia per la componente verticale, è lo spettro elastico corrisponente riferito alla probabilità i superamento nel perioo i riferimento PV R consierata, con le orinate riotte sostitueno nelle formule preceenti η con q 1, ove q è il fattore i struttura. ag S F0 T 1 T 0 T T B S + ( T ) 1 q TB η F0 TB T T B T C a S ( T ) g S F q 0 109

110 Capitolo VI T T C T D ag S ( T ) S F q 0 0 T T C S F g 0 C D T T D S ( T ) a q T T T Parametri spettrali Per il sito in esame sono per SLV: a g 0, 59g F 410 0, T c* 0,330 Si ipotizza un terreno i tipo C: C 105, S S * 0, 33 C T C T C 0, 59 g 1, 70 0, 60, , g 105, 144, 1514, C C T * 0,5 C e assumeno il coefficiente i amplificazione topografica pari a S T 1,0 S 1,35 per SLD: a g 0, 09g S S F 45 0, T c* 0,60 0, 09 g 1, 70 0, 60, , g C 105, * 0, 33 C T C 1638, T C C C T * 0,43 C e per un coefficiente i amplificazione topografica pari a S 1, 0 S 1,565 T 110

111 Capitolo VI Fattore i struttura q q K o R nella quale: q o è legato alla tipologia strutturale K R è un fattore che ipene alle caratteristiche i regolarità in altezza ell eificio. Nel caso in esame, in cui si ha la struttura a telaio in legno e nucleo in conglomerato cementizio armato regolare in altezza (che ha cioè sezione costante sull altezza), ai fini ella rigiezza la struttura si può consierare regolare in altezza e almeno il 50% ell azione sismica è assorbita a tale nucleo. Non è invece possibile affermare che la struttura è regolare in pianta in quanto non è simmetrica rispetto alle ue irezioni ortogonali, in relazione alla istribuzione elle rigiezze così come verrà imostrato in seguito. In base a quanto prescritto nel 7.7.3, poiché il controventamento ella struttura è affiato al nucleo in conglomerato cementizio, è necessario far riferimento al 7.6 per il quale si consiera: - comportamento strutturale issipativo con meccanismi i issipazione in componenti e membrature composte acciaiocalcestruzzo; - al che Per strutture con pareti o nuclei in c.a., nelle quali la resistenza all azione sismica è affiata alle parti in cemento armato, si rimana al 7.4. Al vengono efinite le strutture sismo-resistenti tra cui: strutture eformabili torsionalmente, composte a telai e/o pareti, la cui r rigiezza torsionale non soisfa a ogni piano la conizione > 0, 8 ; nella quale: r rapporto tra rigiezza torsionale e flessionale i piano l s ( L + B ) / 1 (L e B imensioni in pianta el piano) l s 111

112 Capitolo VI Prima i effettuare il calcolo ella rigiezza flessionale si effettua una premessa sulla rigiità egli elementi che compongono la struttura. Sebbene il nucleo sia costituito a quattro setti che collaborano unitamente come a formare uno scatolare, ai fini el calcolo ella rigiezza si tiene in consierazione il setto i minor lunghezza e si etermina l inerzia nella irezione più sfavorevole. Successivamente, sulla base i uno schema statico semplificativo, si calcola come si ripartisce una forza orizzontale applicata in sommità (v. figura 6.6). Fmaϕ F1 F J J1 Figura 6.6. Schema statico ella istribuzione i forze ella struttura a telaio con vano scale in c.a. I mouli i elasticità ei ue materiali sono: legno c.a. E kg / cm E kg / cm J cm J cm

113 Capitolo VI 3 E1 J k h 30 kg cm 3 E J k h 30 k 30 k 1 kg cm ρ ρ J , 07 7% J1 + J J , 93 93% J1 + J Quini il setto, e pertanto il nucleo intero in calcestruzzo armato, ha il compito i assorbire quasi totalmente le azioni orizzontali. Si può allora affermare, in via semplificativa, che la rigiità traslazionale i piano in irezione Y è quella el setto: k trasl 6 64 kg cm Di seguito, attraverso un foglio i calcolo, si è eterminata la istanza tra il centro i massa (CM) e il centro elle rigiezze (CR) el piano. Dove il centro i massa (CM) è stato assunto coinciente col baricentro geometrico ella pianta in quanto nell eificio non ci sono zone i carico fortemente iverse tra loro e il centro elle rigiezze è stato eterminato attraverso le: X Y CR CR k k xi k yi k xi yi y x i i implementate nel foglio i calcolo che segue: 113

114 Capitolo VI moulo elasticità legno E1 11,00 kg/m^ moulo elasticità ca E 5,00 kg/m^ base pilastro b 0,3 m largh pilastro h 0,3 m altezza pilastro H 3,0 m base setto orizzontale 5,0 m base setto verticale 4,50 m spessore setti 0,30 m inerzia pilastri legno J(3x3) 0,001 m^4 inerzia setti orizz risp a Xg J(50x30) 0,01 m^4 inerzia setti vert risp a Xg J(30x450),8 m^4 inerzia setti orizz risp a Yg J(30x50) 3,5 m^4 inerzia setti vert risp a Yg J(450x30) 0,01 m^4 rigiezza pilastro in legno ky1 0,001 kg/m rigiezza setti orizz ca ky 8,05 kg/m rigiezza setti vertic ca ky3 0,0 kg/m rigiezza pilastro in legno kx1 0,001 kg/m rigiezza setti orizz ca kx 0,03 kg/m rigiezza setti vertic ca kx3 5,1 kg/m istanze in irez X al CM (pilastri) : x1-13,1 m x -9,46 m x3-4,73 m x4 0,17 m x5 4,06 m x6 7,91 m x7 13,1 m istanze in irez X al CM (setti) : x8 (vert) -4,74 m x9 (orizz) -,9 m x10 (vert) 0,16 m istanze in irez Y al CM (pilastri) : y1 6,0 m y 0,40 m y3-6,0 m istanze in irez X al CM (setti) : y8 (orizz) 6,05 m y9 (vert) 3,65 m y10 (orizz) 1,5 m COORDINATE CK rispetto CM: ex -,9 m ey 3,67 m Quini le eccentricità sono: e e x Y X Y CR CR X Y CM CM, 93 m 3, 665 m 114

115 Capitolo VI e il centro elle rigiezze (CR) cae circa al centro el nucleo in calcestruzzo armato e pertanto si può affermare che il vano scaleascensore è l elemento con rigiità preponerante rispetto a tutti gli altri elementi ella struttura. CR ey ex YG CM XG Figura 6.7. Centri i massa e rigiezze Entrambi i centri rimangono invariati sui tre piani. r Ora si verifica se > 0, 8 per ogni piano. l s Dove l s è il raggio giratore ella massa i piano che per eifici a pianta rettangolare è pari a: l ( 1, 4 + 6, 6 )/ , ; l s 8, 5 m s r viene invece calcolato nelle irezioni x e y. Quini r x, r y sono i raggi torsionali, ati alla raice quarata el rapporto tra la rigiezza torsionale globale rispetto al centro ella rigiezza laterale, e la rigiezza laterale globale rispettivamente nelle irezioni y e x, teneno conto i tutte le membrature sismiche nella irezione corrisponente (nel foglio i calcolo riportato in seguito, sono state trascurate le rigiezze el telaio in legno): 115

116 Capitolo VI r, r x y ΣK ix y i ΣK + ΣK iy iy, ΣK x ix i + T i in cui K ix, K iy sono le rigiezze traslazionali ell i-esimo elemento verticale lungo le irezioni x-x e y-y rispettivamente, x i e y le i coorinate el baricentro ell i-esimo elemento rispetto al Centro i rigiezza e T i la rigiezza torsionale propria ell i-esimo elemento. altezza h 30,00 cm mo elasticità ca E 50000,00 kg/cm^ mo elasticità tangenziale G 96153,85 kg/cm^ area racchiusa linea elastica Ω 3500,00 cm^ ro-sommatoria lati/spessore nucleo ρ 64,667 inerzia nucleo Jxx ,00 cm^4 inerzia nucleo Jyy ,00 cm^4 inerzia torsionale Jt ,66 cm^4 rigi trasl (nucleo) x kx ,50 kg/cm rigi trasl (nucleo) y ky ,11 kg/cm rigi torsionale nucleo Ti ,49 kg*cm/ra rigi torsionale PIANO ktors ,43 kg*cm/ra tra baricentro i-elem e CR xi 0,35 cm tra baricentro i-elem e CR yi 1,51 cm raggio torsionale rx 1,411 m ry 1,390 m Si è unque verificato: r l r l x s y s 1411, 0166, < 0, 8 8, , 0163, < 0, 8 8, 5 r x + r y 0, 33 < 0, 8 per cui (almeno al primo piano) la conizione necessaria per escluere un comportamento eformabile torsionalmente ell eificio, in entrambe 116

117 Capitolo VI le irezioni, non è soisfatta. È però sufficiente che tale conizione non sia soisfatta per un solo piano per affermare che l intera struttura è eformabile torsionalmente. Al vengono inoltre efinite, tra le strutture sismo-resistenti, quelle cosiette a penolo inverso per le quali la issipazione energia avviene alla base i un singolo elemento strutturale. Nel caso in esame, si è già imostrato che il vano scale-ascensore è l elemento issipatore i energia. Pertanto per quanto al , tale tipologia risulta anche a penolo inverso. Quini nella scelta el valore i q 0 per la classe i uttilità bassa si elige, a favore i sicurezza, il valore minore tra le ue tipologie. E esseno K 1 per quanto etto preceentemente sulle conizioni R i regolarità, risulta che il fattore i struttura è q 1, 5. A favore i sicurezza si ecie però i utilizzare un fattore i struttura pari a Stima el Perioo caratteristico ella Struttura Per strutture con T 1 C1 H 3 4 H 40m ove C 0 05 per qualsiasi tipo i struttura che non sia o a telaio i 1, acciaio o a telaio in c.a. (par ) , 3 ( 10, 5) 0 s T C H 0, Accelerazione i riferimento per SLV 117

118 Capitolo VI 118 per s T 9 0, con C B T T T ove s T C 5 0, g g q F S a T S g ,,,, ) ( Accelerazione i riferimento per SLD per s T 9 0, con C B T T T ove s T C 43 0, g g q F S a T S g e ,,,, ) ( Forze i piano Analisi lineare statica La forza a applicare a ciascuna massa ella costruzione è ata alla formula seguente: ) ( ) ( ) ( ) ( i i n j j j n j j i i n j j j i i n j j n j j j n j j i h i z g W T S W z W z g W T S W z z W g W T S W z W z F F ϕ λ λ λ ove: i F è la forza a applicare alla massa i-esima; i W j e W sono i pesi, rispettivamente, ella massa i e ella massa j; i z j e z sono le quote, rispetto al piano i fonazione (v ), elle masse i e j;

119 Capitolo VI S (T ) è l orinata ello spettro i risposta i progetto efinito λ al ; è un coefficiente pari a 0,85 se la costruzione ha almeno tre orizzontamenti e se T < T, pari a 1,0 in tutti gli altri casi; 1 c Si calcolano i ϕ z ): ( i n W j j n ( ) 3, + ( ) 6, 4 + ( , 5) 10, 05 z jw j j , 3384 m 1 ϕ( z 1 ) 3, m 0179, 0, 57 m 1 ϕ( z ) 6, 4 m 0179, 1145, m 1 ϕ( z 3 ) 10, 05 m 0179, 1798, m Quini le forze i piano per lo SLD sono: 0, 85 F1 0, 353 g 00 0, 57 34, 3 t g 0, 85 F 0, 353 g , 69 t g 0, 85 F3 0, 353 g , 47 t g 119

120 Capitolo VI F135 t F69 t F347 t Figura 6.8. Schema statico vano scale forze agenti per SLD I tagli i piano nel caso limite a mensola risultano: T F + F + F t T F + F t 3 T F 47 t t 116 t h t h h 3 Figura 6.9. Tagli i piano per lo SLD 10

121 Capitolo VI Il massimo momento alla base per lo SLD vale: M F h + F h + F h 47 9, , , 98 tm Quini l anamento ei momenti lungo il nucleo è: 11 tm 445 tm 98 tm Figura Grafico el momento flettente SLD Mentre le forze i piano per lo SLV sono: 0, 85 F1 0, 87 g 00 0, 57 80, 4 t g 0, 85 F 0, 87 g , 161t g 0, 85 F3 0, 87 g , 109 t g E i tagli i piano sono: T F + F + F t T F + F t 3 T F 109 t

122 Capitolo VI F181 t F161 t F3109 t Figura Forze agenti SLV 109 t 70 t h t h h 3 Figura 6.1. Tagli i paino per SLV Si etermina ora il massimo momento alla base per lo SLV: M F h + F h + F h 81 9, , , 157 tm E quini l anamento ei momenti è: 1

123 Capitolo VI 60 tm 1034 tm 157 tm Figura Diagramma el momento flettente sul nucleo Dimensionamento ell armatura nel nucleo Si prosegue ora alla eterminazione ella coppia M, ) e si ( sol Nsol imensiona la quantità i armatura nel nucleo tale che le azioni sollecitanti ricaano all interno el ominio i resistenza. Il imensionamento i massima è stato eseguito con calcoli a mano in maniera semplificativa e verificato tramite un foglio i calcolo. Di seguito sono riportati le approssimazioni effettuate, i passaggi e il ominio i resistenza ottenuto. M tot base 157 tm N M tot base traz , 0, 3 t N R traz N traz N compr ove N compr è ato al peso proprio el nucleo e al peso el solaio (si trascurano i carichi accientali a favore i sicurezza) quini si eterminano: area influenza: A ( + 5, + 18, ) ( 51, + 3, 4) 76, 5 m 13

124 Capitolo VI Mtot base Ntraz Figura Sezione nucleo e sollecitazioni peso nucleo: p. p nucleo [( 5, 0 510, ) ( 4, 6 4, 5) ], 5 10, t kg peso el piano tipo: w piano m 99 t m N compr t N traz R t Ipotizzano i utilizzare φ 16 ( A φ 16, 01 cm ) B450C con kg f y : cm A min cm φ 16 istribuiti su oppia fila in ogni parete che compone il nucleo così come in figura Figura Distribuzione elle armature nel nucleo 14

125 Capitolo VI Figura Foglio i calcolo Figura Dominio i resistenza 15

126 Capitolo VI Verifica i eformabilità Per le costruzioni ricaenti in classe uso II, le Norme Tecniche per le Costruzioni richieono ( ) che l azione sismica i progetto non prouca agli elementi costruttivi senza funzione strutturale anni tali a renere la costruzione temporaneamente inagibile. Nel caso elle costruzioni civili, qualora la temporanea inagibilità sia ovuta a spostamenti eccessivi interpiano, questa conizione si può ritenere soisfatta quano gli spostamenti interpiano ottenuti all analisi in presenza ell azione sismica i progetto relativa allo SLD siano inferiori, per tamponamenti collegati rigiamente alla struttura che interferiscono con la eformabilità ella stessa, ai limiti inicati i seguito: ove: δ tot < 0, 005 h h è l altezza complessiva el nucleo δ tot è lo spostamento interpiano δ tot è calcolato meiante il seguente schema statico: F135 t δtot F135 t δ1 ϕ F69 t F69 t δ ϕ3 + + F347 t F347 t δ3 Figura Spostamento interpiano ovuto all azione sismica Dove: le ϕ rappresentano le rotazioni rigie; F 1 F, F3, sono le forze i piano ovute all azione sismica per lo SLD; kg il moulo elastico è: E ; cm 16

127 Capitolo VI il momento inerzia el nucleo è J cm 4 Quini si ha: δ δ δ 3 3 Fl cm 3EJ , 3 3 Fl cm 3EJ , 3 3 F3l cm 3EJ , F3l ϕ 3 4, 7 10 EJ Fl ϕ, 5 10 EJ δ tot δ δ + ϕ ( 1050 ) + δ + ϕ ( ) + δ tot 0, , , 05 cm ( ) + 0, 011+, ( ) + 0, 04 Pertanto la verifica: δ tot < 0, 005 h 0, 05 cm < 0, cm 5, 5 cm è soisfatta. 17

128 18

129 Capitolo VII: Eificio resienziale multipiano in legno con controventamenti in legno In questo capitolo si effettua lo stuio ell eificio, manteneno invariata la pianta semplificata utilizzata al caso preceente laove si è provveuto a sostituire il vano scale in conglomerato cementizio con un sistema i controventamenti in legno lamellare. Pertanto non sono stati riportati i calcoli ovuti all analisi statica in quanto la struttura resistente alle azioni verticali è invariata rispetto al caso preceente. Si è eciso i isporre controventamenti tipo croce i sant Anrea imensionati sulla base elle forze orizzontali agenti (vento e sisma) in maniera opportuna lungo le pareti perimetrali, le pareti che iviono le unità abitative e lungo quelle che costituiscono il vano scale senza occupare le aperture. Si consiera inizialmente un telaio el lato corto così come in Figura 8.1 e si vanno a progettare i iagonali resistenti alle azioni orizzontali provenienti alla irezione Y. Y X Figura 7.1. Pianta piano tipo telai lato corto in evienza 19

130 Capitolo VII vento e sisma vento e sisma Z Y Figura 7.. Parete controventata per forze provenienti in irezione Y 7.1 Analisi ei carichi A favore i sicurezza si è consierato che la porzione i copertura su cui agisce il vento sia rettangolare; pertanto, come già calcolato al capitolo V, la pressione el vento, sulla copertura ( c 0, 4 ) è: p 0, 434 kn / m p Quini si è eterminato il carico el vento linearmente istribuito L 6, 6 qvento p + icornicione 0, , 6, 9 kn / m si trovano: carico agente in corrisponenza ella testa el pilastro ovuto al carico vento agente sulla copertura: a 1 5, 60 1 QC qv 6, 9 18, 43 kn cos α 0, 956 carico agente in corrisponenza ella testa el pilastro ovuto al carico vento agente sulla fiancata (lato lungo): h 9, 6 QP qv 6, 9 30, 1 kn 130

131 Capitolo VII R QC + QP 18, , 1 48, 64 kn 4, 9 t Inoltre nel noo A agirà una reazione che blocca l instabilità el pilastro: R ωnn /100 ove ω è il coefficiente i maggiorazione el carico assiale per elementi in legno sollecitati a carico i punta (v. tabella in allegato), eterminato in funzione el valore i snellezza λ. l λ ρ 31, , 09 0, MIN N è lo sforzo normale massimo nel pilastro n è il numero ei pilastri collegati (numero interassi totali/7/3,5) Pertanto risulta: R 1, , 5/ 100 7, 08 kn Quini complessivamente sulla testa el pilastro (noo A) agisce: R' R + R 5, 57 t 7. Analisi sismica I contributi che i vari elementi i piano anno al peso ella struttura rimangono invariati al caso preceente a esclusione el vano scale in calcestruzzo armato che viene sostituito con elementi i controventamento e ei pilastri che variano in numero: iagonali sezione presunta 00 x 00: 9 9 kn p. p. iag ( 00 00) 41, , 4 kg mm m 131

132 Capitolo VII per una lunghezza meia presunta i w iagonali 3 16, 4 kg m 4 m, 1t 4 m : in copertura l incienza sul peso i piano sarà imezzata: w 1, iagonali COP 1, 05 t pilastri sezione : 9 9 kn p. p. pil ( 30 30) 38, kg mm m Si calcola l altezza meia ei pilastri: 3,5m / piano w pilastri 1 40 kg m 3, 5 m, 9 t Si osserva che in copertura l incienza ei pilastri sarà imezzata: w, 9 pilastri COP 1, 45 t Ora è necessario eterminare l azione el sisma che agisce in corrisponenza ella massa e quini in corrisponenza i ogni piano. Peso sismico piano tipo: solaio 119 t travi 10,5 t pilastri,9 t iagonali,1 t tamponature esterne 17,5 t TOTALE 15 t peso sismico piano copertura: 13

133 Capitolo VII solaio 40 t travi 10,5 t pilastri 1,45 t iagonali 1,05 t tamponature esterne 9 t TOTALE 6 t Per eterminare le forze i piano si eve effettuare l analisi sismica. I parametri el terreno e quelli spettrali rimangono ovviamente invariati al primo caso esaminato, pertanto: per SLV a g 0, 59g F 410 0, T c* 0,330 S S 1,35 C 105, * 0, 33 c T c 1514, T c 0,5 e ipotizzano il coefficiente i amplificazione topografica pari a S T 1,0 per SLD S 1,35 a g 0, 09g F 45 0, T c* 0,60 S S 1,565 C 105, * 0, 33 c T c 1638, T c 0,43 133

134 Capitolo VII e ipotizzano il coefficiente i amplificazione topografica pari a S T 1,0 S 1, Fattore i struttura q q0k R esseno la struttura reticolare con collegamenti a mezzo i bulloni e spinotti per quanto espresso nel D.M. 14/01/008 alla tabella 7.7.I per una classe i uttilità bassa si consiera q 0. 0, Per quanto riguara la regolarità, la costruzione è regolare in pianta poiché: a) la configurazione in pianta è compatta e simmetrica rispetto a ue irezioni ortogonali, in relazione alla istribuzione i masse e rigiezze; b) il rapporto tra i lati i un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4; c) nessuna imensione i eventuali rientri o sporgenze supera il 5 % ella imensione totale ella costruzione nella corrisponente irezione; ) gli orizzontamenti possono essere consierati infinitamente rigii nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti. Risulta inoltre regolare in altezza poiché effettuano l ipotesi semplificativa che i sistemi resistenti verticali (telai e pareti) si estenano per tutta l altezza ella costruzione, anche le seguenti conizioni sono rispettate: a) massa e rigiezza rimangono costanti, senza bruschi cambiamenti, alla base alla sommità ella costruzione (le variazioni i massa a un orizzontamento all altro non superano il 5 %, la rigiezza non si riuce a un orizzontamento a quello sovrastante più el 30% e non aumenta più el 10%); 134

135 Capitolo VII b) il rapporto tra resistenza effettiva e resistenza richiesta al calcolo non è significativamente iverso per orizzontamenti iversi; Pertanto K 1 q 1 R Ma, come al caso preceente, si è eciso i eterminare, a favore i sicurezza, lo spettro i risposta elastico in accelerazione con un fattore i struttura pari a Stima perioo caratteristico struttura Per H < 40m rimane invariato: 3/ 4 T 0, 05 ( 10, 5) 0, ; T 0 9s 1, 1, 7..3 Accelerazione i riferimento per SLV per T 0, 9 s con TB T TC ove T C 0, 5 s ag S F0 0, 59 g 135,, 410 S ( T ) 0, 87 g q Accelerazione i riferimento per SLD pert 0, 9 s con TB T TC ove T C 0, 43 s ag S F0 0, 09 g 1565,, 45 Se( T ) 0, 353 g q Forze i piano La forza a applicare a ciascuna massa ella costruzione è ata alla: 135

136 Capitolo VII F F i h zi S ( T ) W 1 i n n j 1 j 1 W λ zi g j j z W j n n j 1 j 1 S ( T1 ) W j j z W j n j 1 W S ( T ) W 1 j λ g i n j 1 z W λ ϕ( zi ) g i j i z W j λ 0,85 j j W z W j j j , , , , 08, 3 m ϕ( z ) 3, 0175, , ϕ( z ) 6, , 11, ϕ( z ) 10, , 176 3, Quini per gli SLV le forze i piano sono: 0, 85 F1 0, 87g 15 0, t g 0, 85 F 0, 87g 15 11, 10 t g 0, 85 F3 0, 87g 6 176, 77 t g Quini riassumeno le forze orizzontali che evono essere tenute in consierazione per imensionare i iagonali che anranno inseriti all estremità ella facciata lato-corto e nei telai paralleli che costituiscono il vano ascensore (v. Figura 8.1) sono: - un azione trasmessa alla copertura e agente nel noo B: Q C ; - un azione trasmessa alla fiancata e agente nel noo B: Q P ; 136

137 Capitolo VII - una reazione che blocca l instabilità ei pilastri (noo B): R ; - tre forze, ognuna agente in corrisponenza i ogni piano ovute al sisma: F 1, F, F3 (noi B, D e F). R' F1 B A F D C F3 F E I G Figura 7.3. Schema statico elle forze agenti 7.3 Dimensionamento controventamenti Si ipotizza che non agiscano contemporaneamente la massima pressione el vento e la massima forza sismica. Si valuta quini quale tra le ue azioni è la più gravosa e per questa si imensionano i iagonali. L equilibrio ei noi e il imensionamento sono stati effettuati tramite l ausilio ei seguenti fogli i calcolo Excel. Il primo è per l interasse i 154 cm, il secono per l interasse i 195, 5 cm. 137

138 Capitolo VII lungh eificio L 6,60 m largh eificio B 1,40 m altezza eificio h 9,60 m pressione vento (cp-04) p 0,434 kn/m lungh trave a 5,60 m cornicione l 1,0 m inclinaz fale tetto α 0,30 ra angolo in gra 17 interasse 1 i1 1,54 m altezza piano H 3,0 m coeff magg carico assiale ω 1,19 lungh libera inflessione lzero 3,1 m ρ0 ρ0 min^ 0,09 inerzia pilastro Imin 0,00087 m^4 area pilastro A 0,10 m^ snellezza pilastro λ 33,77 base pilastro b 0,3 m altezza pilastro h 0,3 m sf norm max sul pilastro Nmax 170,00 kn num pilastri collegati n 3,50 carico vento qv 5,77 kn/m carico al tetto Qt 16,90 kn carico sul pilastro Qp 7,71 kn reaz blocca instab pilastro R 7,08 kn spinta compless testa pilastro R' 5,17 t forze i piano forza i piano 1 F1 60,00 t forza i piano F 10,00 t forza i piano 3 (cop) F3 77,00 t inclinaz controventamento risp piano orizz β interass 1 1,1 ra equlibrio noo A I COMBINAZ- equilibrio vert Nac0 Nac 0 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz NabX/4 Nab 19,5 t equlibrio noo B I COMBINAZ- equilibrio vert Nb+Nbc*sen(β)0 Nb 40,00 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nba+Nbc*cos(β)0 Nbc -44,39 t equlibrio noo C I COMBINAZ- equilibrio vert Nca+Ncb*sen(β)Nce Nce -40,00 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ncb*cos(β)F/4 Nc 49,5 t equlibrio noo D I COMBINAZ- equilibrio vert NbNf+Ne*sen(β) Nf 14,34 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ne*cos(β)0 Ne -113,57 t equlibrio noo E I COMBINAZ- equilibrio vert Nec+Ne*sen(β)Neg Neg -14,34 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nef+Ne*cos(β)F1/4 Nef 64,5 t equlibrio noo F I COMBINAZ- equilibrio vert NfNfi+Nfg*sen(β) Nfi 75,84 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nfe+Nfg*cos(β)0 Nfg -148,16 t XF3 oppure R' I iagonali sono TIRANTI Li imensiono per Nfg kg ,00 Amin Nfg/σamm Amin 384,6 cm^ hp. Legno lamellare GL8h Quini si aottano sez. 0X10 i lungh.m 3,55 con f t,0,k19,5 N/mm^1,95*10^ kg/cm^ Quini A 400 cm^ 138

139 Capitolo VII lungh eificio L 6,60 m largh eificio B 1,40 m altezza eificio h 9,60 m pressione vento (cp-04) p 0,434 kn/m lungh trave a 5,60 m cornicione l 1,0 m inclinaz fale tetto α 0,30 ra angolo in gra 17 interasse i3 1,955 m altezza piano H 3,0 m coeff magg carico assiale ω 1,19 lungh libera inflessione lzero 3,1 m ρ0 ρ0 min^ 0,09 inerzia pilastro Imin 0,00087 m^4 area pilastro A 0,10 m^ snellezza pilastro λ 33,77 base pilastro b 0,3 m altezza pilastro h 0,3 m sf norm max sul pilastro Nmax 170,00 kn num pil collegati n 3,50 carico vento qv 6,9 kn/m carico alla copertura Qc 18,43 kn carico sul pilastro Qp 30,1 kn reaz blocca instab pilastro R 7,08 kn spinta compless testa pilastro R' 5,57 t forze i piano forza i piano 1 F1 60,00 t forza i piano F 10,00 t forza i piano 3 (cop) F3 77,00 t inclinaz controventamento risp piano orizz β interass 3 1,0 ra equlibrio noo A I COMBINAZ- equilibrio vert Nac0 Nac 0 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz NabX/4 Nab 19,5 t equlibrio noo B I COMBINAZ- equilibrio vert Nb+Nbc*sen(β)0 Nb 31,51 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nba+Nbc*cos(β)0 Nbc -36,9 t equlibrio noo C I COMBINAZ- equilibrio vert Nca+Ncb*sen(β)Nce Nce -31,51 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ncb*cos(β)F/4 Nc 49,5 t equlibrio noo D I COMBINAZ- equilibrio vert NbNf+Ne*sen(β) Nf 11,1 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ne*cos(β)0 Ne -94,47 t equlibrio noo E I COMBINAZ- equilibrio vert Nec+Ne*sen(β)Neg Neg -11,1 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nef+Ne*cos(β)F1/4 Nef 64,5 t equlibrio noo F I COMBINAZ- equilibrio vert NfNfi+Nfg*sen(β) Nfi 17,9 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nfe+Nfg*cos(β)0 Nfg -13,4 t XF3 oppure R' I iagonali sono TIRANTI Li imensiono per Nfg kg 15000,00 Amin Nfg/σamm Amin 30,51 cm^ hp. Legno lamellare GL8h si aottano sez. 18x10 i lungh.m 3,75 con f t,0,k19,5 N/mm^1,95*10^ kg/cm^ Quini Atot 360 cm^ 139

140 Capitolo VII Al meesimo moo si procee per la eterminazione elle croci i sant Anrea isposte sul lato lungo allo scopo i assorbire le azioni in irezione X (Figura 8.4). In questo caso si imensionano quattro file i controventamenti lungo le pareti perimetrali: ue alle estremità e i interassi i 333, 6 cm e i 488, 7 cm e altre ue in corrisponenza el vano scale i ugual interasse pari a i 139, 4 cm (Figura 8.5). Y X Figura 7.4. Pianta piano tipo telai lato lungo in evienza vento e sisma vento e sisma Figura 7.5. Pareti controventate per forze in irezione X Si riportano i seguito i fogli i calcolo per i tre iversi interassi i 333, 6 cm, i 488, 7 cm e i 139, 4 cm : 140

141 Capitolo VII lungh eificio L 6,60 m largh eificio B 1,40 m altezza eificio h 9,60 m pressione vento (cp-04) p 0,434 kn/m lungh trave a 3,66 m cornicione l 1,0 m inclinaz fale tetto α 0,30 ra angolo in gra 17 interasse 1 i1 3,34 m altezza piano H 3,0 m coeff magg carico assiale ω 1,19 lungh libera inflessione lzero 3,1 m ρ0 ρ0 min^ 0,09 inerzia pilastro Imin 0,00087 m^4 area pilastro A 0,10 m^ snellezza pilastro λ 33,77 base pilastro b 0,3 m altezza pilastro h 0,3 m sf norm max sul pilastro Nmax 170,00 kn num pilastri collegati n 3,50 carico vento qv,69 kn/m carico al tetto Qt 5,14 kn carico sul pilastro Qp 1,9 kn reaz blocca instab pilastro R 7,08 kn spinta compless testa pilastro R',51 t forze i piano forza i piano 1 F1 60,00 t forza i piano F 10,00 t forza i piano 3 (cop) F3 77,00 t inclinaz controventamento risp piano orizz β interass 1 0,76 ra equlibrio noo A I COMBINAZ- equilibrio vert Nac0 Nac 0 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz NabX/ Nab 38,50 t equlibrio noo B I COMBINAZ- equilibrio vert Nb+Nbc*sen(β)0 Nb 36,93 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nba+Nbc*cos(β)0 Nbc -53,35 t equlibrio noo C I COMBINAZ- equilibrio vert Nca+Ncb*sen(β)Nce Nce -36,93 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ncb*cos(β)F/ Nc 98,50 t equlibrio noo D I COMBINAZ- equilibrio vert NbNf+Ne*sen(β) Nf 131,41 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ne*cos(β)0 Ne -136,49 t equlibrio noo E I COMBINAZ- equilibrio vert Nec+Ne*sen(β)Neg Neg -131,41 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nef+Ne*cos(β)F1/ Nef 18,50 t equlibrio noo F I COMBINAZ- equilibrio vert NfNfi+Nfg*sen(β) Nfi 54,68 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nfe+Nfg*cos(β)0 Nfg -178,06 t XF3 oppure R' I iagonali sono TIRANTI Li imensiono per Nfg kg ,00 Amin Nfg/σamm Amin 30,77 cm^ hp. Legno lamellare GL8h Quini si aotta una sez. 1X0 i lungh.m 4,6 con f t,0,k19,5 N/mm^1,95*10^ kg/cm^ Quini A 40 cm^ 141

142 Capitolo VII lungh eificio L 6,60 m largh eificio B 1,40 m altezza eificio h 9,60 m pressione vento (cp-04) p 0,434 kn/m lungh trave a 5,1 m cornicione l 1,0 m inclinaz fale tetto α 0,30 ra angolo in gra 17 interasse 1 i1 4,89 m altezza piano H 3,0 m coeff magg carico assiale ω 1,19 lungh libera inflessione lzero 3,1 m ρ0 ρ0 min^ 0,09 inerzia pilastro Imin 0,00087 m^4 area pilastro A 0,10 m^ snellezza pilastro λ 33,77 base pilastro b 0,3 m altezza pilastro h 0,3 m sf norm max sul pilastro Nmax 170,00 kn num pilastri collegati n 3,50 carico vento qv,69 kn/m carico al tetto Qt 7,33 kn carico sul pilastro Qp 1,9 kn reaz blocca instab pilastro R 7,08 kn spinta compless testa pilastro R',73 t forze i piano forza i piano 1 F1 60,00 t forza i piano F 10,00 t forza i piano 3 (cop) F3 77,00 t inclinaz controventamento risp piano orizz β interass 1 0,58 ra equlibrio noo A I COMBINAZ- equilibrio vert Nac0 Nac 0 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz NabX/ Nab 38,50 t equlibrio noo B I COMBINAZ- equilibrio vert Nb+Nbc*sen(β)0 Nb 5,1 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nba+Nbc*cos(β)0 Nbc -46,0 t equlibrio noo C I COMBINAZ- equilibrio vert Nca+Ncb*sen(β)Nce Nce -5,1 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ncb*cos(β)F/ Nc 98,50 t equlibrio noo D I COMBINAZ- equilibrio vert NbNf+Ne*sen(β) Nf 89,71 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ne*cos(β)0 Ne -117,74 t equlibrio noo E I COMBINAZ- equilibrio vert Nec+Ne*sen(β)Neg Neg -89,71 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nef+Ne*cos(β)F1/ Nef 18,50 t equlibrio noo F I COMBINAZ- equilibrio vert NfNfi+Nfg*sen(β) Nfi 173,85 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nfe+Nfg*cos(β)0 Nfg -153,60 t XF3 oppure R' I iagonali sono TIRANTI Li imensiono per Nfg kg ,00 Amin Nfg/σamm Amin 198,7 cm^ hp. Legno lamellare GL8h Si aotta una sez. 1X18 i lungh.m 5,84 con f t,0,k19,5 N/mm^1,95*10^ kg/cm^ Quini A 16 cm^ 14

143 Capitolo VII lungh eificio L 6,60 m largh eificio B 1,40 m altezza eificio h 9,60 m pressione vento (cp-04) p 0,434 kn/m lungh trave a 5,1 m cornicione l 1,0 m inclinaz fale tetto α 0,30 ra angolo in gra 17 interasse 1 i1 1,39 m altezza piano H 3,0 m coeff magg carico assiale ω 1,19 lungh libera inflessione lzero 3,1 m ρ0 ρ0 min^ 0,09 inerzia pilastro Imin 0,00087 m^4 area pilastro A 0,10 m^ snellezza pilastro λ 33,77 base pilastro b 0,3 m altezza pilastro h 0,3 m sf norm max sul pilastro Nmax 170,00 kn num pilastri collegati n 3,50 carico vento qv,69 kn/m carico al tetto Qt 7,33 kn carico sul pilastro Qp 1,9 kn reaz blocca instab pilastro R 7,08 kn spinta compless testa pilastro R',73 t forze i piano forza i piano 1 F1 60,00 t forza i piano F 10,00 t forza i piano 3 (cop) F3 77,00 t inclinaz controventamento risp piano orizz β interass 1 1,16 ra equlibrio noo A I COMBINAZ- equilibrio vert Nac0 Nac 0 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz NabX/ Nab 38,50 t equlibrio noo B I COMBINAZ- equilibrio vert Nb+Nbc*sen(β)0 Nb 88,38 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nba+Nbc*cos(β)0 Nbc -96,40 t equlibrio noo C I COMBINAZ- equilibrio vert Nca+Ncb*sen(β)Nce Nce -88,38 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ncb*cos(β)F/ Nc 98,50 t equlibrio noo D I COMBINAZ- equilibrio vert NbNf+Ne*sen(β) Nf 314,49 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nc+Ne*cos(β)0 Ne -46,64 t equlibrio noo E I COMBINAZ- equilibrio vert Nec+Ne*sen(β)Neg Neg -314,49 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nef+Ne*cos(β)F1/ Nef 18,50 t equlibrio noo F I COMBINAZ- equilibrio vert NfNfi+Nfg*sen(β) Nfi 609,47 t solo sisma o solo sisma equilibrio orizz Nfe+Nfg*cos(β)0 Nfg -31,75 t XF3 oppure R' I iagonali sono TIRANTI Li imensiono per Nfg kg 35000,00 Amin Nfg/σamm Amin 416,67 cm^ hp. Legno lamellare GL8h Si aottano sez. 10X i lungh.m 3,49 con f t,0,k19,5 N/mm^1,95*10^ kg/cm^ Quini A 440 cm^ 143

144 Capitolo VII A questo punto si sono verificati i iagonali a compressione e se ne è verificata l instabilità. In particolar moo, i seguito, si riportano i calcoli ei controventamenti i lunghezze: 1. L5,84 m. L4,6 m che non hanno superato le verifiche a instabilità e pertanto è stato necessario raoppiare gli interassi (v. figura 7.5) e moificare le sezioni portanole rispettivamente a 0x0 e 18x18. vento e sisma vento e sisma Figura 7.5. Pareti controventate per forze in irezione X efinitive 1. L 5,84 xl 4, 0 - Verifica a compressione σ c, 0, f c,0, σ N A (153,6 cos(5,6))/ 6 0,0 0,0 c, 0, 388, 5 N t fc, o, k 6,4 640 mm m K f t m mo c,0, k c, 0, 181 > 58, 7 γ M 1,45 m f la verifica a compressione è soisfatta - Verifica instabilità Deve essere soisfatta: t t m 144

145 Capitolo VII K σ c,0, f crit, c c,0, 1 λ rel, c f c,0, k σ c, crit λ π f c,0, k E 0,05 L λ ρ 0 min l I A min ,6 λ rel 98,6 6,4, c 1,67 > 1 π 1000 K crit, c k + k k 0,5(1 + β c 1 λ ( λ rel, c 0,3) + λ rel, c rel, c β 0,1 k 0,5(1 + 0,1(1,67 0,3) + 1,67 ) 1,96 ) K σ c,0, f crit, c c,0, K crit 1,96 +, c 1 1,96 3,88 0,61 < 1 0,35 18,1 1,67 0,35 la verifica instabilità è soisfatta. L 4,6 xl 3, 60 - Verifica a compressione σ c, 0, f c,0, σ f N A (178,1 cos(6,47))/ 6 0,18 0,18 c, 0, 43, 5 N t fc, o, k 6,4 640 mm m K f mo c,0, k c, 0, 181 > 43, 5 γ M 1,45 m la verifica a compressione è soisfatta t t m t m 145

146 Capitolo VII - Verifica instabilità Deve essere soisfatta: K σ c,0, f crit, c c,0, 1 λ rel, c f c,0, k σ c, crit λ π f c,0, k E 0,05 L λ ρ 0 min l I A min λ rel 98 6,4, c 1,66 > 1 π 1000 K crit, c k + k k 0,5(1 + β c 1 λ ( λ rel, c 0,3) + λ rel, c rel, c β 0,1 k 0,5(1 + 0,1(1,66 0,3) + 1,66 ) 1,94 ) K σ c,0, f crit, c c,0, K crit 1,94 +, c 1 1,94 4,3 0,68 < 1 0,34 18,1 1,66 0,34 la verifica instabilità è soisfatta. Riassumeno: SEZIONI MATERIALE QUANTITÁ LUNGHEZZA [cm] x 0x10 incollate GL8 h x 18x10 incollate GL8 h x18 GL8 h x18 GL8 h x0 GL8 h x0 GL8 h 3 40 x x10 incollate GL8 h

147 CapitoloVIII: Stuio ettagliato el collegamento tra impalcato e nucleo 8.1 Sistemi i collegamento in generale Le tecniche i connessione tra elementi lignei, comunemente utilizzate, possono ifferenziarsi sia per il tipo i sollecitazione cui vengono sottoposte in fase i esercizio, sia per i materiali utilizzati per la loro realizzazione. La istinzione più comune è tra le ue seguenti tipologie: - unioni traizionali ella carpenteria lignea realizzate attraverso la lavorazione elle superfici i contatto: in tali unioni le sollecitazioni si trasmettono irettamente tramite sforzi i compressione; - unioni meccaniche i tipo moerno, nelle quali la trasmissione egli sforzi avviene non in maniera iretta, ma attraverso l inserimento i elementi metallici eventualmente con la presenza i colla. 147

148 Capitolo VIII Figura 8.1. Traizionali collegamenti i carpenteria Figura 8.. Chioi a gambo liscio o con rilievi anulari a a elica Figura 8.3. Collegamenti meccanici classici: chioi, bulloni e perni, caviglie, piastre entate e piastra punzonata 148

149 Capitolo VIII Le unioni meccaniche i tipo moerno possono essere a loro volta suivise in funzione ella tipologia i connettore aottato: - connettori metallici a gambo cilinrico (chioi, bulloni, perni, viti); - connettori metallici i superficie (caviglie, anelli, piastre entate). Nella pratica costruttiva, per collegare tra loro elementi strutturali lignei meiante sistemi meccanici, si utilizzano quasi sempre collegamenti che fanno ricorso a un certo numero i elementi metallici singoli e/o a piastre metalliche; molto spesso, sono proprio le normative i calcolo a vietare l utilizzo i un singolo elemento meccanico per realizzare il collegamento. La scelta el collegamento, viene fatta sia in funzione elle caratteristiche statiche e cinematiche per cui esso è stato progettato (unioni flessibili o a cerniera, unioni rigie o a incastro o unioni semirigie), sia secono criteri i natura estetica, economica e i praticità e velocità i realizzazione. Nel calcolo ella capacità portante el collegamento realizzato con mezzi i unione el tipo a gambo cilinrico, si ovrà tener conto, tra l altro, ella tipologia e ella capacità portante ultima el singolo mezzo unione, el tipo i unione (legno-legno, pannelli-legno, acciaio-legno), el numero i sezioni resistenti e, nel caso i collegamento organizzato con più unioni elementari, ell allineamento ei singoli mezzi i unione. Perni e bulloni i iametro superiore a 16 mm non evono essere utilizzati nei collegamenti legno-legno e legno-acciaio, eccezion fatta quano essi siano utilizzati come elementi i chiusura ei connettori e tali, quini, a non influenzare la resistenza a taglio. Per quanto prescritto al 7.7. qualora si faccia affiamento a comportamenti strutturali issipativi (CD A o B ), in mancanza i più precise valutazioni teoriche e sperimentali, si evono applicare le regole seguenti: 149

150 Capitolo VIII a) nelle zone consierate issipative possono essere utilizzati solamente materiali e mezzi i unione che garantiscono un aeguato comportamento i tipo oligociclico; b) le unioni incollate evono essere consierate in generale come non issipative; c) i noi i carpenteria possono essere utilizzati solamente quano questi possono garantire una sufficiente issipazione energetica, senza presentare rischi i rottura fragile per taglio o per trazione ortogonale alla fibratura, e con la presenza i ispositivi atti a evitarne la sconnessione. Quanto sopraetto può consierarsi soisfatto se viene rispettato quanto riportato al elle Norme Tecniche per le Costruzioni ove vengono efinite, per ciascuna classe, in funzione ella tipologia strutturale, i valori massimi el fattore i struttura q 0 a aottarsi. Si osserva inoltre come, nella tabella 7.7.I già riportata nel capitolo III, i valori el fattore i struttura siano strettamente correlati alle moalità i connessione tra gli elementi. Nell Eurocoic 5e si trovano tutte le casistiche e correlate prescrizioni in riferimento alle connessioni con mezzi i unione metallici siano questi multipli e/o con piani i taglio multipli. Vengono ate prescrizioni a secona che la forza coinvolta nella connessione sia inclinata rispetto alla fibratura el legno o sia questa proveniente a un altra connessione o, se superiori in numero, se sono alternate. A seguire nel par. 8. ell Eurocoice 5 viene escritto come valutare la capacità portante laterale i mezzi i unione metallici el tipo a spinotto, istingueno ue casistiche a secona che si effettui un collegamento legno-legno o pannello-legno. E similmente vengono valutate le connessioni acciaio-legno. Il paragrafo successivo escrive, invece, come effettuare le connessioni con chioi a secona che questi siano caricati lateralmente e uniscano legno-legno, pannello-legno, acciaio-legno. O se siano caricati assialmente o sia lateralmente che assialmente. 150

151 Capitolo VIII Un paragrafo a parte riguara le cambrette o graffe. Nel par. 8.5 sono trattate le unioni bullonate, siano queste caricate lateralmente o assialmente. Nel paragrafo successivo si parla i connessioni effettuate a mezzo i spinotti e in quello ancora successivo a mezzo i viti con le ue casistiche a secona che queste siano caricate lateralmente o assialmente. Sempre al cap. 8 si trovano le prescrizioni su come effettuare connessioni con mezzi i unione a piastra metallica punzonata, a anello aperto e a tassello, a piastra entata Connettori metallici a gambo cilinrico Comportamento meccanico ei connettori a gambo cilinrico Le sollecitazioni che possono gravare su un elemento i connessione sono essenzialmente i ue tipi: taglio e trazione. Nel caso in cui la irezione i applicazione ella forza è parallela all asse ell elemento si irà che la sollecitazione è assiale, mentre nel caso in cui sia perpenicolare è una sollecitazione tagliante. Ci si può inoltre trovare i fronte i fronte a una sollecitazione combinate i taglio e trazione quano la irezione i applicazione ella forza è inclinata i un angolo β iverso a 0 e a 90 rispetto all asse ell elemento. Si parlerà i sollecitazione i estrazione el connettore, nel caso i trazione riguarante un sistema composto quale connettore i acciaio nel legno; la sollecitazione interessa l intero sistema. Figura 8.3. Sollecitazione parallela all asse el connettore 151

152 Capitolo VIII Figura 8.4. Sollecitazione perpenicolare all asse el connettore 8.1. Connettori metallici superficiali 8. I collegamenti in zona sismica L attituine i una struttura a sviluppare eformazioni plastiche nei suoi elementi strutturali e i issipare energia senza arrivare alla rottura è una parte essenziale ella sua capacità i resistere alle azioni sismiche (Ceccotti, 1989). È imostrato che una struttura otata i giunti a comportamento plastico e issipativo, se progettata aeguatamente, è capace i resistere a azioni sismiche i intensità maggiore ella stessa struttura con giunti rigii e non-issipativi. Riferenosi al caso elle strutture in legno è necessario effettuare alcune consierazioni. Sotto l effetto i un carico ciclico, gli elementi lignei esibiscono generalmente un comportamento lineare elastico. La rottura è fragile e nel legno c è una bassa issipazione i energia, a eccezione forse i alcune zone sollecitate a compressione ortogonale alla fibratura. Tuttavia la plasticizzazione e la capacità i issipare energia possono essere raggiunte nelle connessioni fra i vari elementi strutturali se 15

153 Capitolo VIII queste sono semirigie (come nel caso i molte connessioni meccaniche) invece che rigie (come sono le connessioni incollate). Un progetto aeguato ei giunti con elementi i collegamento meccanici consente i ottenere uno spiccato comportamento plastico. Nell ambito ello stuio el presente progetto si preneranno in consierazione tre ifferenti tipi i collegamento: 1. calcestruzzo - acciaio;. acciaio legno; 3. legno legno. Così come per l analisi sismica effettuata sulle ue ifferenti tipologie strutturali stuiate, il imensionamento egli elementi i collegamento viene effettuato consierano un fattore i struttura q pari a 1. Assumeno quini, a favore i sicurezza, che i collegamenti abbiano un comportamento perfettamente elastico, senza per nulla consierare la loro capacità issipativa. Le unioni meccaniche in generale esibiscono uno spiccato comportamento plastico, a patto che vengano rispettati i requisiti inerenti le istanze ai bori e alle estremità. Questo è ovuto al rifollamento el legno stesso, accoppiato con la plasticizzazione e la capacità i issipare energia egli elementi acciaio. Pertanto iventa i fonamentale importanza, al fine i progettare strutture issipative in grao i resistere ai terremoti, realizzare giunti uttili e capaci i issipare energia. 8.3 Descrizione caso in esame Nella moifica apportata alla pianta rispetto al progetto originale si è fatto in moo che la maglia strutturale inglobasse il nucleo in calcestruzzo armato isponeno le travi lungo le pareti i quest ultimo. Tale soluzione conferisce maggiore soliità al sistema e iventano maggiori le superfici i trasmissione elle forze. 153

154 Capitolo VIII Si è preceentemente imostrato come in presenza i un sisma sia il nucleo in calcestruzzo armato a assorbire quasi totalmente la forza in quanto i rigiezza notevolmente superiore rispetto alla struttura a telaio in legno. Affinché questo si verifichi è i fonamentale importanza assumere il solaio infinitamente rigio. Questa è un ipotesi attenibile in quanto esso è realizzato meiante l unione i pannelli a tre strati ello spessore complessivo i 7,5 cm, orientati a 90 tra loro, i imensioni i per 6 m e accoppiati maschio-femmina. Effettuata tale consierazione si può sostenere che un azione agente in irezione X si iffonerà: I) sui pannelli a tre strati che formano il piano e che sono rigiamente vincolati ai travetti e alle travi el solaio meiante chioi el iametro i 6 mm fissati a un interasse i 7, cm (assicurata rigiezza e uttilità); pertanto si verificherà che questi siano in grao si trasmettere l intera azione sismica proveniente o alla irezione X o alla irezione Y; II) giunta alle travi i legno l azione si iffonerà, meiante viti in acciaio el iametro i 1 mm e lunghezza i 450 mm con un interasse i 7 o 7,1 cm, ai profili metallici isposti lungo il perimetro el nucleo in corrisponenza i ogni piano; anche in questa fase gli elementi i connessione anranno imensionati in maniera tale a trasmettere l intera azione sismica; III) a questo punto la forza si iffonerà nel nucleo attraverso ancoraggi metallici 4 M16 e 8 M4 con interasse ifferenziato a secona ella irezione i provenienza ella forza; V) infine l azione giungerà a terra. Le armature nel nucleo sono state progettate in maniera tale a sopportare il massimo momento alla base prootto alla forza sismica. 154

155 Capitolo VIII Figura 8.5. Particolare i collegamento tra nucleo e impalcato Si osserva, che nello stuio ei collegamenti sono stati rispettati l utilizzo ei materiali e le proprietà prescritte al 7.7. elle Norme tecniche per la Costruzioni. Figura 8.6. Visualizzazione complessiva egli elementi i solaio 155

156 Capitolo VIII 8.4 Collegamento calcestruzzo armato-acciaio Si eciono i utilizzare tre profili a L a spigoli vivi, i imensioni: h 54 mm t 15 mm b 30 mm L1 5, m L 5,1 m L1, L b h t Figura 8.7. Profilo a L isposto lungo le pareti el nucleo in corrisponenza i ogni piano Si procee col imensionamento egli ancoraggi atti mantenere il nucleo soliale coi profili in acciaio. Successivamente si eterminano i connettori metallici che hanno la funzione i giuntare i profili i acciaio con le travi in legno. Infine si calcola il quantitativo i chioi necessario a legare gli elementi orizzontali con il pannello i solaio Dimensionamento i massima Si effettua un imensionamento i massima per eterminare il quantitativo presunto i ancoranti necessari a resistere alla forza el sisma proveniente a entrambe le irezioni. Gli ancoraggi, che sorreggono i profili i acciaio a L che a loro volta sorreggono le travi che elimitano perimetralmente il nucleo in calcestruzzo armato, evono essere verificati sia a trazione che a taglio. Si ipotizza i utilizzare ancoranti pesanti i prouzione ella HILTI el tipo HSL-3 M16 e HSL-3 M4 entrambi i 10 cm i lunghezza con una resistenza i progetto a trazione e taglio, per un calcestruzzo R ck 50, pari a: 156

157 Capitolo VIII E così quantificati: - DIREZIONE Y: 161t 80, 5 t 80, 5 t 336, t 4 n 4 M16 istribuiti su oppia fila (profilo a L) con un passo i cm 1 40, 8 cm accettabile in quanto l interasse minimo richiesto è 4 cm (v. seguente tabella). Si assume per i calcoli i 41 cm. Figura 8.8. Distribuzione ancoraggi profilo 510x5,7 - DIREZIONE X: 161 t 617, t 61, n 8 M4 istribuiti su oppia fila (profilo a L) con un passo i 50, 5 cm 13 36, 5 cm accettabile fino a un minimo i 30 cm. 157

158 Capitolo VIII Si assume per i calcoli i 35 cm. Figura 8 9. Distribuzione ancoraggi profilo 50x5,7 A seguire vengono riportati le tabelle riguaranti: spessore minimo el materiale i base, minimi interassi a partire alla minima, o maggiorata a favore i sicurezza, istanza al boro egli ancoranti in calcestruzzo fessurato e non fessurato: particolari i posa caratteristiche meccaniche 158

159 Capitolo VIII La proceura consigliata alla HILTI per le verifiche ei collegamenti è una semplificazione el metoo ETAG Annex C Metoi i progettazione per gli ancoraggi. Di seguito sono riportate le meesime verifiche riportate sul sito ella HILTI, applicate per i ue profili, in funzione ella irezione i provenienza ella forza Forza in irezione X Nella figura che segue è riportata la pianta el piano tipo in cui in maniera schematica sono posti in evienza le zone i collegamento tra nucleo e impalcato. Per una forza in irezione X (come in figura), si ipotizza che gli elementi i collegamento lato forza, lavorino a trazione; quelli posti in irezione perpenicolare alla forza, a taglio; si trascura, invece, a favore i sicurezza la resistenza che esercita la piastra collocata sulla parete opposta. Compressione Taglio Trazione CR F CM Figura Tipo i sforzo negli elementi i collegamento Verifica a trazione egli ancoraggi La resistenza i progetto a trazione i un singolo ancoraggio è a assumersi come il minore ei seguenti valori: N R, p : resistenza allo sfilamento 159

160 Capitolo VIII N R, c : resistenza alla rottura conica el calcestruzzo N R, s : resistenza acciaio La rottura allo sfilamento N, è eterminante solo per gli ancoranti M8 R p e M10 in calcestruzzo fessurato pertanto non viene presa in consierazione nel presente caso. La resistenza alla rottura conica el calcestruzzo è calcolata come: ove: 0 R c N R, c N 0 R, c fb fa, N fr, N N, è la resistenza i progetto alla rottura conica el calcestruzzo con una resistenza cubica a compressione pari a f ck 5 N / mm f B è un fattore che inica l influenza ella resistenza el calcestruzzo f AN è un fattore che inica l influenza ell interasse egli ancoranti. Per i profili isposti sulle pareti in irezione Y, cioè in questo caso sollecitate a trazione, si ispongono n 4 M16 isposti su ue file in maniera sfalsata con interassi: i cm e i 41cm (Figura 8.4). 1, 160

161 Capitolo VIII Pertanto, esseno successiva): i fa, N 0,5 +, si hanno (v. anche tabella 6 h ef f, 1 per l interasse i 1 A N f A, N 1 per l interasse i f R, N è il fattore influenza ella istanza al boro, calcolato come c fr, N 0, 7 + 0, 49 h ef 161

162 Capitolo VIII Quini, si hanno: c1 190 mm f RN 1; c 395 mm f 1. RN c 1 i i 1 c Figura Interassi e istanza al boro profilo 510x5,7 Quini esseno tutti i fattori influenza pari a 1, si ha: N, c NR, c 4 33, , group R 4 kn Infine la resistenza i progetto a trazione ell acciaio N R, s è: calcolato come N N Rk, s R, s con γ Ms 1, 5 γ Ms che quini per l insieme i ancoraggi consierato vale: 16

163 Capitolo VIII N group R, s 83, , 8 kn La resistenza i progetto a trazione el sistema è: { N, N N } N R min R, p R, c, R, s Pertanto: N R 806, 4 kn 80, 6 t Verifica a Taglio egli ancoraggi Unitamente alla resistenza a trazione i questi ancoraggi, collabora la resistenza a taglio i quelli isposti in irezione perpenicolare alla forza. La resistenza i progetto a taglio i un singolo ancoraggio è a assumersi come il minore ei seguenti valori: V R, c : resistenza rispetto al boro el calcestruzzo V R, s : resistenza all acciaio La resistenza rispetto al boro el calcestruzzo è calcolata come: ove: 0 R c 0 V R, c VR, c fb fβ, V far, V V, : resistenza i progetto rispetto al boro el calcestruzzo f B è l influenza ella resistenza el calcestruzzo 163

164 Capitolo VIII f β : influenza ella irezione elle sollecitazioni i taglio,v 1 1 fβ, V cosβ + 0, 5senβ per 0 β 55 per 55 < β 90 per 90 < β 180 Per un sisma proveniente in irezione X la sollecitazione i taglio ha irezione β 3 1 CR β β1 ey F CM ex F1 Figura 8.1. Direzioni elle sollecitazioni i taglio Pertanto per β f, 1. 1 β V f AR, V : influenza ell interasse e ella istanza al boro ove per n ancoranti si utilizza la seguente: f AR, V 3c + s1 + s sn 1 3nc min c c min ove: c istanza al boro i calcestruzzo s 1 interasse in irezione 1 s interasse in irezione 164