LA MIA CASA SARÀ IN LEGNO.. Oggi sappiamo perché!

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1 .. Oggi sappiamo perché!

2 PROPRIETA FISICO-MECCANICHE DEL LEGNO PREGI: - LEGGEREZZA - RESISTENZA MECCANICA - RESISTENZA AL FUOCO (NOTA) Bisogna però porre attenzione a: - Materiale ortotropo: proprietà meccaniche funzione dell orientazione delle fibre - Variabilità delle resistenze anche per la stessa specie legnosa - Materiale igroscopico: risente di T, UR - Durabile solo se ben protetto - Difficoltosa realizzazione delle giunzioni

3 LE SPECIE LEGNOSE CONIFERE: - ABETE (ROSSO E BIANCO) - LARICE - DOUGLASIA - PINO LATIFOGLIE: - CASTAGNO - QUERCIA (ROVERE, CERRO, FARNIA) - ROBINIA - PIOPPO*

4 STRUTTURA INTERNA DI UN TRONCO

5 Le proprietà del materiale dipendono dagli anelli di accrescimento: CONIFERE: - Anello ampio - Legno primaverile - Materiale maggiormente cedevole LATIFOGLIE: - Anello più ampio - Legno tardivo - Materiale solitamente più resistente

6 ANISOTROPIA (Proprietà meccaniche funzione dell orientazione delle fibre) Legno materiale ortotropo - parallela alle fibre // - longitudinale (L) - ortogonale alle fibre - radiale (R ) - tangenziale (T o C)

7 DIFETTI DEL LEGNO: NODI (rami inclusi)

8 DIFETTI DEL LEGNO: CIPOLLATURE (distacco tra due anelli annuali)

9 DIFETTI DEL LEGNO: DEVIAZIONE FIBRATURE (spiralate o dovute al vento)

10 DIFETTI DEL LEGNO: FESSURE DA RITIRO (per variazione di condizioni igrometriche)

11 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Classificazione a vista: (UNI EN 518) - dimensione e distribuzione nodi, cipollature, smussi e deformazioni - densità, spessore degli anelli, inclinazione fibratura Classificazione a macchina: (UNI EN 519) - massa volumica - modulo di elasticità - ispezione a vista supplementare

12 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Eseguendo prove su numerosi campioni di legno della stessa specie e provenienza si ottiene grande dispersione dei risultati. È allora fondamentale selezionare gli elementi migliori da quelli peggiori. In particolare si possono differenziare i campioni: peggiori (a), intermedi (b), migliori (c).

13 TRAVE USO TRIESTE LEGNO MASSICCIO Si ottiene da tronchi scortecciati, squadrati e smussati su tutte e quattro le facce per tutta la lunghezza seguendo la conicità del legno (sezione troncoconica che segue la naturale rastremazione del tronco) ed intaccando solo superficialmente le fibre. Si raggiungono luci anche di 10 m con un solo tronco.

14 TRAVE USO TRIESTE LEGNO MASSICCIO Si ottiene da tronchi piallati sui quattro lati a sezione parallela (sezione costante) per tutta la sua lunghezza. Si raggiungono luci fino a max 8 m.

15 TRAVE SPIGOLO VIVO LEGNO MASSICCIO Si ottiene con taglio parallelo all asse longitudinale dell elemento

16 TRAVI KVH LEGNO MASSICCIO (INGEGNERIZZATO) Travi in legno massiccio squadrato con giunto a pettine incollato (Finger Joint) in modo da ottenere elementi di maggior lunghezza.

17 LEGNO LAMELLARE Si ottiene per incollaggio di lamelle di legno ottenute da tavole, intestate, fresate, giuntate di testa tra loro tramite nodo a pettine e successivamente sovrapposte, incollate a caldo di faccia e pressate tra loro con la fibratura in direzione parallela.

18 OSB PANNELLI A BASE LEGNO È costituito da tranciati (strand) ottenuti da pezzi di scarto di lavorazione di lunghezza mm, larghezza mm e spessore 0,5-1 mm, con orientamento della fibra in direzioni longitudinale. Gli strand degli strati esterni sono orientati parallelamente alla direzione di produzione, mentre quelli degli strati interni vengono orientati a caso o perpendicolarmente alla direzione di produzione. I vari strati sono ottenuti impastando gli strand con colle e quindi successivamente pressati su rulli.

19 COMPENSATO PANNELLI A BASE LEGNO Si ottiene per sovrapposizione di sfogliati (in genere di spessore 2-3 mm) della stessa specie legnosa. Il numero di strati è sempre dispari (minimo 3 strati) e vengono disposti in maniera alternata in modo tale che i vari strati abbiano la fibratura perpendicolare fra loro.

20 X-LAM PANNELLI A BASE LEGNO Si ottiene per sovrapposizione di tavole (in genere di spessore cm) della stessa specie legnosa. Il numero di strati è sempre dispari (minimo 3 strati) e vengono disposti in maniera alternata in modo tale che i vari strati abbiano la fibratura perpendicolare fra loro. Si può parlare di un materiale ortotropo, in quanto i valori meccanici sono paragonabili in entrambe le direzioni del piano.

21 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Legno Lamellare: (UNI EN 1194)

22 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Legno Lamellare: (UNI EN 1194)

23 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Legno Lamellare: (UNI EN 1194)

24 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Legno Lamellare: (UNI EN 1194)

25 CLASSIFICAZIONE DEL LEGNO: Legno Lamellare: (UNI EN 1194)

26 FONTI NORMATIVE LA STORIA - D.M. 16/01/1996: Norme Tecniche per le Costruzioni in Zone Sismiche AGLI EDIFICI CON STRUTTURA IN LEGNO ERA DEDICATO IL SOLO PARAGRAFO C.8 C.8 Edifici con struttura in legno «le costole montanti e le altre parti costituenti l organismo statico degli edifici in legno devono essere di un solo pezzo oppure collegate in modo da non avere indebolimenti in corrispondenza delle giunzioni». C.9.8 Interventi di miglioramento per gli edifici in muratura ordinaria C Solai «Ove si proceda alla sostituzione di solai, questi devono essere del tipo in cemento armato ordinario o precompresso [ ] «Possono usarsi solai in legno solo ove richiesto da particolari esigenze architettoniche»

27 FONTI NORMATIVE LA STORIA - DIN 1052: Strutture di legno: calcolo ed esecuzione (versione 1988) Metodo di verifica: Tensioni Ammissibili - Poco utilizzata - DIN 1052: Strutture di legno: calcolo ed esecuzione (versione 2004) Metodo di verifica: Stati limite Di fatto non utilizzata - EC 5: Progettazione delle strutture di legno (vers. Febb 2005 e prec.) Metodo di verifica: Stati limite Di fatto non utilizzata

28 FONTI NORMATIVE IL PRESENTE - D.M. 14/01/2008 (NORME TECNICHE per le COSTRUZIONI) - CNR - DT 206/2007: Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo delle strutture di legno - EC 5: Progettazione delle strutture di legno (versione 2009)

29 VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA - D.M. 14/01/2008 (NORME TECNICHE per le COSTRUZIONI) La valutazione della sicurezza deve essere svolta secondo il METODO degli STATI LIMITE. ANALISI STRUTTURALE L analisi strutturale è condotta tenendo conto dei seguenti aspetti: - Imperfezioni geometriche e strutturali - Verifiche in condizioni iniziali e a tempo infinito - Comportamento elastico-lineare del materiale - Accuratezza del modello (vincoli)

30 CARICHI DI PROGETTO si ottengono moltiplicando i carichi nominali per i coefficienti parziali riportati nella tabella che segue: Dove: EQU: Stato limite di equilibrio come corpo rigido STR: Stato limite di resistenza della struttura e delle fondazioni GEO: Stato limite di resistenza del terreno

31 COMBINAZIONI DI CALCOLO: Combinazione SLU Combinazione SLE Rara Combinazione SLE frequente Combinazione SLE quasi permanente Combinazione SLU e SLE Sismica Combinazione SLU Eccezionale Dove: - Ψ 0 : Coeff. di combinazione raro - ψ 1 : Coeff. di combinazione frequente - ψ 2 : Coeff. di combinazione quasi permanente

32 RESISTENZA DI CALCOLO: Dove: è la resistenza di calcolo dell elemento o del collegamento

33 RESISTENZA DI CALCOLO: Dove: coefficiente correttivo che tiene conto dell effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell umidità della struttura. Le resistenze X k infatti, sono sempre riferite ai risultati di prove a rottura della durata di 5 minuti su campioni aventi una umidità nominale, all'atto della prova, del 12%. Nel caso si analizzi combinazione di carico comprende azioni appartenenti a differenti classi di durata del carico si dovrà scegliere un valore di k mod che corrisponde all azione di minor durata.

34 RESISTENZA DI CALCOLO:

35 RESISTENZA DI CALCOLO: Classi di servizio del legno:

36 RESISTENZA DI CALCOLO: Classi di durata del carico:

37 RESISTENZA DI CALCOLO: Dove: rappresenta la resistenza caratteristica al frattile 5% del materiale per i diversi stati di sollecitazione e in funzione della loro direzione rispetto alla direzione della fibratura.

38 RESISTENZA DI CALCOLO: Dove: è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale.

39 RESISTENZA DI CALCOLO: A differenza dell'acciaio e del calcestruzzo armato la verifica della sezione si fa sulle tensioni e non sulle azioni interne. Infatti si ritiene che la rottura avvenga quando ancora il materiale è in campo elastico lineare, per cui c è un legame lineare fra azioni interne e tensioni. Le verifiche di resistenza di una sezione si traducono quindi in semplici verifiche tensionali. Tensioni di calcolo Resistenze di calcolo

40 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI

41 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI

42 NTC par VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO - Controllo delle deformazioni istantanea e finale in modo da garantire funzionalità dell opera (evitando danni a tramezzature, impianti e finiture, garantire requisiti estetici ) Osservazione: Le caratteristiche reologiche del legno influenzano il comportamento deformativo dell elemento in esercizio (il comportamento è solo inizialmente elastico, e diventa ben presto visco-elastico, causando un progredire della deformazione sotto carico costante). - La deformazione viscosa è tanto più importante quanto meno favorevole è l ambiente (ambiente umido e variazioni di umidità significative, per esempio indotte dall essicazione). Osservazione: Oltre determinati valori tensionali il recupero elastico al cessare dei carichi variabili non è più completo, generando un consistente accumulo di deformazioni irreversibili.

43 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Controllo delle deformazioni: u fin = u in + u dif u in deformazione istantanea o iniziale - valori medi dei moduli elastici (E 0,mean, E 90,mean, G mean ) u fin deformazione a lungo termine - valori medi dei moduli elastici ridotti del fattore 1/(1+k def ) - k def tiene conto dell aumento della deformabilità x effetto combinato di viscosità e contenuto d acqua del materiale

44 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO

45 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Esempio: Legno massiccio in opera con umidita del 12%: Classe 1 1/(1+k def ) = Classe 2 1/(1+k def ) = Classe 3 1/(1+k def ) = In classe 3 si ha una riduzione di E di circa il 70% Esempio: L.M. in opera con umidita del 30% (saturazione) Classe 1 1/(1+2+k def ) = Classe 2 1/(1+2+k def ) = Classe 3 1/(1+2+k def ) = In classe 3 si ha una riduzione di E di circa il 80%

46 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Nelle travi in legno, a causa dei modesti valori del Modulo Elastico a Taglio G, e fondamentale considerare nel calcolo della freccia anche la parte dovuta al taglio. L abbassamento si ottiene per integrazione dell equazione della linea elastica (tenendo conto anche del contributo dovuto al taglio) Per una trave su due appoggi con carico e sezione costante: Il contributo della deformazione a taglio, rispetto a quella di flessione, diventa non trascurabile quando la snellezza della trave h/l assume valori maggiori di 1/10.

47 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Il contributo della deformazione a taglio, rispetto a quella di flessione, diventa non trascurabile quando la snellezza della trave h/l assume valori maggiori di 1/10. LEGNO MASSICCIO C24 ACCIAIO E/G 15,94 2 f t /f m 0,154 0,019 Nell acciaio e nel calcestruzzo abbiamo rapporti E/G modesti, questo e il motivo per cui il contributo alla deformazione del taglio è trascurabile.

48 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO CNR DT206/07 Par Secondo un approccio semplificato, la deformazione finale u fin, relativa ad una certa condizione di carico, si può valutare come: u fin = u in + u dif u in è la deformazione iniziale (istantanea), calcolata con riferimento alla combinazione di carico rara; u dif è la deformazione differita che può essere valutata attraverso la relazione: u dif = u in k def con: u in è la deformazione iniziale (istantanea), calcolata riferimento alla combinazione di carico quasi permanente; k def è il coefficiente riportato nella Tabella 4.4V (NTC)

49 VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO CNR DT206/07 Par La freccia netta istantanea di un elemento inflesso, u net, è data da: u net = u 1 + u 2 - u 0 dove: u 0 u 1 u 2 è la controfreccia (qualora presente); è la freccia dovuta ai soli carichi permanenti; è la freccia dovuta ai soli carichi variabili.

50 CNR DT206/07 Par VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO - Limiti per la freccia istantanea dovuta ai soli carichi variabili: u 2,in < L/300 combinazione carico rara per i soli carichi variabili: - Limiti per la freccia finale: u net,fin < L/250 da carico: e comunque: u 2,fin < L/200 da carico:

51 GEOMETRIA: L = 5.0 m i = 0.8 m B = 140 mm H = 240 mm A = bh = mm 2 W = bh 2 /6 = mm 3 J= bh 3 /12 = mm 4 ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLU) MATERIALE: Abete Lamellare GL24h Classe di servizio 1 Classe durata carico: - Permanente k mod =0,6 - Media k mod =0,8 CARICHI: G k =2,5 kn/mq Q k =2,0 kn/mq g k =2,0 kn/m q k =1,6 kn/m Comb. Quasi permanente:

52 ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLU) COMBINAZIONE 1: p d1 = γ g g k + γ q q k = 1,3 2,00 + 1,5 1,60=5 kn/m Momento flettente: M c1 = p d1l 2 =15,6 knm 8 σ m0d = M c1 W Taglio: LA MIA CASA SARÀ IN LEGNO f m,0,d1 = k modf m,k γ m = 0,8 24 1,45 = 13,24MPa f v,d1 = k modf v,k γ m =11,62 knm< f m,0,d1=13,24 MPa VERIFICATO V c1 = p d1l =12,5 kn 2 τ d =1,5 V c1 =0,56< f A v,d1=1,49 MPa VERIFICATO = 0,8 2,7 1,45 = 1,49MPa

53 COMBINAZIONE 2: p d1 = γ g g k = 1,3 2,00=2,6 kn/m Momento flettente: M c1 = p d1l 2 =8,1 knm 8 σ m0d = M c1 W Taglio: LA MIA CASA SARÀ IN LEGNO ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLU) f m,0,d1 = k modf m,k γ m = 0,6 24 1,45 = 9,93MPa f v,d1 = k modf v,k γ m =6,05 knm< f m,0,d1=9,93 MPa VERIFICATO V c1 = p d1l =6,5 kn 2 τ d =1,5 V c1 =0,29< f A v,d1=1,12 MPa VERIFICATO = 0,6 2,7 1,45 = 1,12MPa

54 ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLE) PROPRIETÀ: E 0,mean = MPa E 0,05 =9.400 MPa G mean =7.200 MPa CALCOLO DELLA FRECCIA: k def =0,6 u 1in = u 2in = g k L 4 g k L E 0mean J 8 G mean A q k L 4 q k L E 0mean J 8 G mean A =8,70+0,26=8,96 mm =6,96+0,21=7,17 mm u net,fin =u 1fin +u 2fin =u 1in (1+k def )+u 2in (1+ψ 2 k def )=14,33+8,46=22,79 mm u 2in / L=1/698 < 1/300 VERIFICATO U net,fin / L=1/220 < 1/250 NON VERIFICATO U 2fin / L=1/592 < 1/200 VERIFICATO

55 OGGI SAPPIAMO PERCHE! GRAZIE Ing. Pierluigi Evangelista By By EPL FMS & Ottobre FMS Novembre