STRUTTURE IN LEGNO I

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1 Sussidi didattici per il corso di COSTRUZIONI EDILI Prof. Ing. Francesco Zanghì STRUTTURE IN LEGNO I AGGIORNAMENTO 13/01/013

2 CONIFERE (essenze resinose) Sono alberi che vivono in alta montagna. CONIFERA = che porta i coni cioè le pigne. Sono chiamate anche AGHIGOFLIE perché hanno foglie sottili e appuntite come aghi. Sono sempreverdi (ricambio di aghi continuo). Abete Larice Cipresso Sequoia Cedro Pino Leccio Tasso

3 LATIFOGLIE (essenze non resinose, forti e dolci) Sono alberi che vivono in pianura, collina o bassa montagna. LATIFOGLIA = a foglia larga. Sono chiamate anche CADUCIFOGLIE perché le foglie cadono ogni anno. Noce Castagno Pioppo bianco Rovere Betulla Ciliegio selvatico Tiglio Faggio 3

4 Il legno è leggero, perché il suo peso specifico è < 5 N/m³, contro, ad esempio, i 5 del cemento armato e i 78 dell'acciaio. Ha buone capacità di resistenza non solo alla compressione ma anche alla trazione, tuttavia, essendo un materiale non omogeneo e non isotropo, il suo comportamento meccanico dipende dall inclinazione dello sforzo rispetto alle fibre. Il peso del calcestruzzo è circa 6 volte superiore a quello del legno, ma praticamente ha la stessa resistenza a compressione: 3 3 γ = 4 N / m f = MPa γ = 3.8 N / m f = MPa cls c 5 legno c 4 I possibili tipi di taglio influenzano la qualità del materiale e il suo comportamento in caso di ritiro e rigonfiamento. Rischio di fessurazione: MOLTO ALTO ALTO LIMITATO Il legno e più rigido e più resistente per sollecitazioni orientate parallelamente alla fibratura. 4

5 LEGNO MASSICCIO Per legno massiccio s'intendono quei prodotti di legno la cui struttura e composizione hanno subito, rispetto alla materia prima "legno tondo", soltanto leggere modifiche. Generalmente si procede solo alle fasi di lavorazione segagione e stagionatura naturale oppure segagione, essicazione, piallatura e, in casi specifici, incollaggio. Dalla materia prima "legno tondo", si ricavano, quindi, principalmente prodotti di legno massiccio a prevalente sviluppo longitudinale. LEGNO MASSICCIO MH Il marchio MH assicura il rispetto di requisiti di qualità (umidità, estetica, ecc.) che vanno oltre i requisiti minimi delle norme di riferimento. Il tasso di umidità del legno è un criterio di qualità per il prodotto di legno massiccio MH ; esso non deve superare il 18-0%. Rispetto al VH potrebbe mostrare qualche fessura in più. LEGNO MASSICCIO DA COSTRUZIONE KVH Per legno massiccio da costruzione, a cui viene usualmente associato il prodotto dal marchio registrato KVH, si indica il legname squadrato da conifera, essiccato artificialmente, piallato e classificato secondo la resistenza, ottenuto da taglio cuore spaccato o fuori cuore. Rispetto al legname squadrato convenzionale, esso deve soddisfare criteri di classificazione più restrittivi. Mediante il giunto a pettine è possibile ottenere elementi di maggior lunghezza. Il tasso d'umidità deve essere del 15% (+/-3%). 5

6 CLASSE DI RESISTENZA Conformemente alla UNI EN 338, la classificazione del legno massiccio strutturale può effettuarsi attraverso delle classi di resistenza che esprimono la resistenza a flessione dell elemento in N/mm. LEGNO MASSICCIO DI CONIFERE E PIOPPO La classe di resistenza di maggior uso commerciale e il C4 ma sono spesso utilizzate anche le classi C16 e il C30. La classificazione della UNI EN 338 fa distinzione solo tra le Conifere (e Pioppo) e le Latifoglie. Pertanto, se non diversamente specificato, potremmo avere nella stessa fornitura travi C4 di specie diversa; douglasia, abete, pino, ecc). I legni disponibili in commercio raramente superano la classe C30. 6

7 LEGNO MASSICCIO DI LATIFOGLIE (escluso PIOPPO) 7

8 LEGNO LAMELLARE (omogeneo h composto c ) La classe di resistenza di maggior uso commerciale e la GL4h ma sono spesso utilizzate anche le classi GL4c e il GL8h. Classi ad elevata resistenza non sono molto utilizzate in quanto, nelle travi inflesse l elemento determinante la sezione non e la resistenza ma la deformazione, che dipende dal modulo di elasticità. Quest ultimo, nel passare da una classe a quella superiore si incrementa di poco. 8

9 CLASSE DI SERVIZIO Le classi di servizio sono legate alle condizioni termoigrometriche dell'ambiente in cui è inserito un elemento strutturale a base di legno e sono quindi legate al contenuto di acqua all'interno del materiale. CLASSE 1: Elementi protetti contro le intemperie come quelli posti all interno degli edifici in ambienti condizionati. CLASSE : Elementi posti all esterno degli edifici ma protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e dall irraggiamento solare diretto. CLASSE 3: Elementi posti all esterno degli edifici direttamente esposti alle intemperie. Classificazione in base alle dimensioni 9

10 Travi RETTANGOLARI in legno massiccio da costruzione (KVH) (dimensioni tipiche) Travi RETTANGOLARI in legno massiccio da costruzione(kvh) con giunti longitudinali a pettine - (dimensioni tipiche) 10

11 Travi DUO e TRIO Le travi Duo e Trio sono costituite da o 3 elementi di legname squadrato o tavoloni, essiccati artificialmente, classificati secondo la resistenza e successivamente incollati sui lati lunghi; da questo procedimento risulta un legno massiccio dalle caratteristiche tecniche ben definite, di ottima qualità e con una ridotta tendenza a fessurarsi. 11

12 Lamellare Il legno lamellare nasce dall applicazione di due tecniche: la lamellazione e l incollaggio. Questa combinazione, ovviando al problema delle limitazioni dimensionali imposti dai busti arborei, consente di estendere le possibilità di applicazione del legno in ogni campo delle costruzioni a livelli virtualmente illimitati. 1

13 Tipologie strutturali in L.L. (GR sistemi) Sistema Statico Descrizione Inclinazione L (m) Altezze H trave parallela o poco inclinata a doppia pendenza < 5 < 40 H ~ L/17 trave su due appoggi a doppia pendenza H0 ~ L/30 H1 ~ L/16 trave inflessa con curvatura a due falde a doppia pendenza H0 ~ L/30 H1 ~ L/16 trave rastremata H0 ~ L/30 H1 ~ L/16 trave curva su due appoggi H ~ L/17 trave a sbalzo con tirante verticale < 10 < 30 H ~ L/10 13

14 trave a sbalzo con tirante inclinato < 10 < 30 H ~ L/10 Portale a tre cerniere > H ~ L/30 trave a sbalzo con rastremazione < 10 < 30 H ~ L/10 Portale a tre cerniere con montante scomposto in tirante e puntone > H1 ~ (S1+S)/15 Portale a tre cerniere a sezione variabile > H1 ~ (S1+S)/15 14

15 Capriate a tre cerniere con tirante > H ~ L/40 Arco a tre cerniere f/l > 0, H ~ L/50 Portale a tre cerniere con giunto d' angolo a rosa > H1 ~ (S1+S)/13 Portale a tre cerniere con montante scomposto > H1 ~ (S1+S)/14 trave a più campate H ~ L/0 Capriata reticolare a correnti paralleli H ~ L/1 Capriata a struttura reticolare triangolare > H ~ L/8 15

16 CARATTERISTICHE MECCANICHE Il valore di calcolo Xd di una proprietà del materiale viene calcolato mediante la relazione: X d = mod γ M X X d = valore di progetto della proprietà del materiale; X = valore caratteristico della proprietà del materiale; mod = coefficiente che tiene conto della CLASSE DI DURATA DEL CARICO e della CLASSE DI SERVIZIO; γ M = coefficiente parziale di sicurezza relativo al tipo di materiale. 16

17 TRAZIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA σ = La verifica di un elemento soggetto a trazione semplice assiale, in direzione parallela alla fibratura, risulta soddisfatta quando la tensione di calcolo a trazione risulta minore o uguale al valore della resistenza di calcolo. Le verifiche di resistenza si traducono, quindi, in semplici verifiche tensionali. h è un coefficiente che incrementa la resistenza in funzione del lato maggiore della sezione Lmax: h = min ;1. 3 se Lmax < 15 cm h = min ;1. 1 se Lmax < 60 cm h h legno massiccio legno lamellare N Sd A mod γ M f t,0, COMPRESSIONE PERPENDICOLARE ALLA FIBRATURA h σ = N A f Sd mod c,90, γ M 17

18 COMPRESSIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA+INSTABILITÁ σ = N Sd A crit, c mod γ M f c,0, Si definisce SNELLEZZA ( λ ) il rapporto tra la lunghezza libera di inflessione ( l o ) e il raggio minimo di inerzia della sezione (= semiasse minore dell ellisse centrale d inerzia). λ = l i Nota λ, si calcola la snellezza relativa: 0 min i min = J A min λ = rel, c λ π Se λ rel,c 0.3 si assume crit,c = 1 c,0, 0,05 Se λ rel,c > 0.3 si calcola il coefficiente f E ( λ 0.3) 1 + β c rel, c + λ rel, c = β c = coefficiente di imperfezione (0. per legno massiccio; 0.1 per legno lamellare) Il coefficiente riduttivo necessario per tenere conto dell instabilità per carico di punta si valuta come: crit, c = λ rel, c

19 ESEMPIO N 1 Con riferimento alla capriata all italiana (o alla palladio) in figura, progettare il monaco, il saettone e il dormiente sapendo che i relativi sforzi di progetto sono: Nm=+5 N, Ns=-30 N e Nd=60 N. La capriata è realizzata in legno massiccio di conifera, con classe di resistenza C4. Si considerino i carichi di lunga durata. Interasse capriate = 3.00 m. Caratteristiche dei materiali Legno massiccio di conifere C4: Resistenza caratteristica a compressione parallela alla fibratura: f c,0, = 1 MPa Resistenza caratteristica a compressione perpendicolare alla fibratura: f c,90, =.5 MPa Resistenza caratteristica a trazione parallela alla fibratura: f t,0, = 14 MPa Modulo elastico caratteristico parallelo alle fibre: E 0,0,5 = 7400 MPa Coefficiente correttivo per carichi di media durata e classe di servizio : mod = 0.70 Coefficiente parziale di sicurezza per legno massiccio: γ M =

20 Predimensionamento degli elementi strutturali Dalla tabella di predimensionamento relativa alle capriate composte, cioè con saettoni, si ricava, per interasse pari a 3.00 m, luce compresa tra 7.00 e 8.00 m, e coperture medie: Puntoni: 14x18 cm Saettoni e monaco: 14x14 cm Catena: 14x1cm Si noti che è opportuno adottare la stessa larghezza per i diversi elementi affinché le loro superfici laterali giacciano sullo stesso piano. Verifica a trazione parallela alla fibratura del MONACO σ = = N = 0.17 cm Poiché la dimensione maggiore della sezione è 14<15 cm, la resistenza può essere amplificata secondo il coefficiente: = min ;1.3 = min ;1.3 = min 1.15 ;1.3 h 140 mod ft,0, N ft, 0, d = h = 1.15 = γ 1.50 cm h M [ ] = σ < VERIFICA POSITIVA 0 f t,0, d

21 Verifica a compressione parallela alla fibratura del SAETTONE Il saettone si considera incernierato agli estremi pertanto l 0 =l=1.50 m J min = J min 301 = cm imin = = cm 150 = λ = = A λ fc,0, λ, c = = = 0.63 > 0.3 π E π 7400 rel 0,05 = ( λ 0.3) + λ rel, c 1+ 0.( ) 1+ βc rel, c = = crit, c = rel, c + λ = Tensione di progetto a compressione: σ = 30 N = cm 0.63 Resistenza compressione parallela alla fibratura: f f crit, c mod c,0, c, 0, d = = = γ M 1.5 σ < VERIFICA POSITIVA f c,0, d 0.90 N cm 1

22 Progetto a compressione perpendicolare alla fibratura del DORMIENTE Assegniamo al dormiente spessore 10 cm e larghezza pari a 5 cm. La resistenza a compressione in direzione perpendicolare alla fibratura vale: mod fc,90, N fc, 90, d = = = cm γ M Poiché la distribuzione della tensione di compressione all appoggio ha andamento triangolare, il carico totale agente di 60 N equivale al volume totale del prisma triangolare, cioè: Ponendo σ max = f c,90,d si ricava: σ max A N = N A = σ max A N f = = 106 cm x cm c,90, d = = 5 Le dimensioni del dormiente saranno, dunque, 5x10x45 cm.

23 TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DELLE CAPRIATE SEMPLICI (per luci fino a 7.00 m) TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DEGLI ARCARECCI 3

24 TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DELLE CAPRIATE COMPOSTE (per luci da 7.00 a m) 4

25 Fonti D. M. Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 008 (G.U. 4 febbraio 008 n. 9 - Suppl. Ord.) Norme tecniche per le Costruzioni Circolare febbraio 009 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 6 febbraio 009 n. 7 Suppl. Ord.) Istruzioni per l'applicazione delle 'Norme Tecniche delle Costruzioni' di cui al D.M. 14 gennaio 008. U.Alasia M.Pugno Corso di Costruzioni 4 SEI 010 Corso di aggiornamento professionale Progettazione di strutture in legno massiccio e lamellare secondo le NTC 008 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pistoia L.Negro - Legnopiù G.Schichofer, A. Bernasconi, G.Traetta - I prodotti di legno per la costruzione promo legno 5