CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI A.A Il legno. Ing. Emanuele Zamperini

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1 CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI A.A Il legno

2 IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE (1) PREMESSA: Il legno è un materiale: - di origine biologica; - disponibile in natura in elementi nei quali una dimensione prevale nettamente sulle altre due (tronchi); - caratterizzato da una forte anisotropia; - caratterizzato da un forte comportamento viscoso che porta nel tempo all incremento delle deformazioni ed alla diminuzione (fino all annullamento) degli stati coattivi; - fortemente sensibile alle variazioni termoigrometriche dell ambiente in cui è inserito che, a livello fisico, possono accentuare il fenomeno della viscosità o causare fessurazioni o deformazioni da ritiro; - facilmente soggetto a degrado di origine biologica (funghi ed insetti xilofagi) in presenza di condizioni termoigrometriche non ottimali. Deformazione di elementi in legno dovute al ritiro.

3 IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE (2) STRUTTURA MACROSCOPICA DEL LEGNO Sezioni del tronco con riferimento alle direzioni di un sistema di riferimento cilindrico N.B.: Sulla sezione longitudinale si legge la fibratura; sulla sezione trasversale si legge la venatura.

4 IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE (3) STRUTTURA MICROSCOPICA DEL LEGNO N.B.: La scala di rappresentazione del frammento di larice è doppia di quella del frammento di rovere

5 IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE (4) Il legno è principalmente presente nelle strutture sotto forma travi ottenute da tronchi scortecciati e talvolta rifilati, travetti ottenuti segando longitudinalmente i tronchi (costituenti elementi a prevalente sviluppo monodimensionale aste collegate con le murature o fra loro a formare strutture piane o spaziali) e sotto forma di tavole. Trave uso Trieste Fibratura deviata (riduzione della resistenza) Le aste sono in genere soggette a: sforzi di taglio e flessione (travi); pressoflessione (pilastri); pressoflessione e taglio (puntoni); tensoflessione (tiranti). Possono essere inoltre presenti azioni torcenti dovute principalmente all impedimento del libero sviluppo delle deformazioni da ritiro in tronchi con fibratura deviata.

6 BIODEGRADAMENTO DELLE STRUTTURE IN LEGNO (1) L inadeguatezza strutturale è molto spesso dovuta al degrado causato da agenti biologici (biodegradamento): insetti xilofagi e funghi. L insediarsi ed il diffondersi di tali agenti è legato a due fattori: 1. La naturale predisposizione della specie legnosa ad accogliere i vari xilofagi; 2. L esposizione a condizioni ambientali (temperatura e U.R. dell ambiente elevate, bagnatura diretta del legname, ) che possono favorire gli agenti stessi. L attacco della struttura da parte di insetti xilofagi può essere individuato dalla presenza di rosume (escrementi ed altro materiale di rifiuto) sulle superfici sottostanti l elemento, dei fori di sfarfallamento e di gallerie superficiali. La presenza di funghi è rilevabile da variazioni cromatiche (legno più scuro) e tessiturali (presenza di fessurazioni longitudinali e trasversali che formano parallelepipedi friabili e facilmente asportabili). Uno dei tipi di degrado dovuto a funghi più diffuso è la cosiddetta carie bruna o a cubetti. Il fenomeno è particolarmente diffuso nelle teste delle travi inglobate nella muratura e nei punti direttamente esposti all acqua.

7 BIODEGRADAMENTO DELLE STRUTTURE IN LEGNO (2) Insetti xilofagi

8 BIODEGRADAMENTO DELLE STRUTTURE IN LEGNO (2) L atteggiamento migliore nei confronti del degrado biologico del legno è la PREVENZIONE: bastano infatti pochi accorgimenti per mettere il legno in condizioni di rischio ridotto. 1. Garantire una continua ventilazione degli ambienti in cui si trova il legno, al fine di evitare che l umidità relativa dell aria (e quindi quella del legno che tende ad andare in equilibrio con essa) diventi troppo alta; 2. Evitare di racchiudere il legno all interno di materiali che possono impregnarsi di umidità (murature) o che favoriscano la condensa (elementi metallici) e che comunque impediscano o rallentino l evaporazione dell acqua che può bagnare il legno; 3. Controllare periodicamente e ad ogni evento meteorologico eccezionale lo stato del manto di copertura e l eventuale presenza di infiltrazioni.

9 CARATTERISTICHE DI RESISTENZA La definizione delle caratteristiche di resistenza delle strutture lignee in opera è sempre molto problematica. Ci si può basare su due metodi: - Indagini strumentali (non distruttive o poco distruttive); - Classificazione a vista. INDAGINI STRUMENTALI Le indagini strumentali si basano sul fatto che esistono alcune caratteristiche del legno misurabili in opera, che possono essere correlate alla resistenza a flessione. I metodi d indagine possono essere classificati in: - Metodi meccanici: prelievo di piccole carote per prove di resistenza in laboratorio, prove di resistenza alla penetrazione con trapani strumentati, prove di durezza superficiale, prove di carico; - Metodi sonici: la velocità di propagazione delle onde sonore nei materiali è correlata al modulo elastico dinamico e questo al modulo elastico statico; - Metodi vibrazionali: attraverso i quali si misura il modulo elastico dinamico.

10 OVVERO IN BASE AL METODO PROPOSTO DA GUGLIELMO GIORDANO CLASSIFICAZIONE SECONDO GIORDANO CLASSIFICAZIONE A VISTA (1) Classificazione dei legnami strutturali sulla base di una analisi visiva dei difetti e degli altri aspetti che influenzano le prestazioni degli elementi strutturali.

11 CLASSIFICAZIONE A VISTA (2) Nelle conifere i legnami con anelli di spessore elevato hanno resistenze minori (la crescita accelerata porta a formare legno meno resistente). Nelle latifoglie gli elementi con anelli di spessore ridotto hanno resistenze minori (i periodi di siccità causano la formazione di legno meno resistente).

12 VALORI PER LEGNAME NUOVO TENSIONI AMMISSIBILI (1)

13 TENSIONI AMMISSIBILI (2) VALORI PER LEGNAME IN OPERA

14 RESISTENZE CARATTERISTICHE (1) L Eurocodice 5 e le Norme tecniche italiane utilizzano il metodo degli Stati Limite. È quindi necessario fare riferimento a valori di resistenza caratteristica dai quali dedurre le resistenze di progetto con coefficienti riduttivi che dipendono dalla durata del carico e dalla classe di servizio (condizioni ambientali nelle quali si trova l elemento strutturale). La tabella riporta le corrispondenze tra le categorie di classificazione a vista e le classi della norma UNI che fornisce i valori delle resistenze caratteristiche.

15 RESISTENZE CARATTERISTICHE (2) La tabella riporta i valori caratteristici o i valori medi di varie caratteristiche meccaniche del legno (resistenze, moduli elastici, massa) di interesse per le verifiche di resistenza, stabilità e deformazione. Legenda degli indici: m = a flessione; c = a compressione; t = a trazione; v = a taglio 0 = nella direzione delle fibre 90 = in direzione perpendicolare alle fibre k = caratteristico mean = medio N.B.: Le resistenze ed i moduli elastici sono espressi in N/mm2 Le masse sono espresse in kg/m3

16 CLASSI DI SERVIZIO E CLASSI DI DURATA DEI CARICHI Classe di servizio 1 È caratterizzata da un umidità del materiale in equilibrio con ambiente a temperatura di 20 C e un umidità relativa dell aria circostante che non superi il 65% se non per poche settimane all anno (ad es.: strutture al chiuso in zone asciutte). Classe di servizio 2 Condizioni climatiche che prevedono alta percentuale d umidità (ad es.: strutture al chiuso in presenza di forti concentrazioni di umidità e condense; strutture all esterno esposte a precipitazioni atmosferiche, o comunque all acqua). Carichi permanenti (caso 1) Peso proprio e carichi non rimuovibili durante il normale utilizzo della struttura. Strutture soggette a carichi variabili di lunga durata (caso 2) Carichi permanenti suscettibili di cambiamenti durante il normale utilizzo della struttura e carichi variabili in generale. Strutture soggette a carichi variabili di breve durata (caso 3) Azioni di vento, neve, sismiche e termiche ed azioni accidentali. Dal momento che la durata del carico influenza negativamente la resistenza delle strutture in legno, vanno eseguite tre verifiche: coi soli carichi permanenti (con i coefficienti del caso 1); coi permanenti e la quota parte di carichi variabili di lunga durata (caso 2); coi permanenti ed i variabili (caso 3).

17 RESISTENZE DI PROGETTO Il valore di resistenza di progetto è calcolato con la formula: f d = f k / (γ M γ Rd ) dove: γ M = 1,35 γ Rd è dedotto dalla tabella sottostante Le verifiche a sollecitazioni composte devono essere effettuate rapportando le sollecitazioni dovute ad un azione alla resistenza alla medesima azione. Ad esempio per una sollecitazione di tensoflessione si ha: σ m / f md + σ t / f td 1