Giornata della Ricerca

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1 Giornata della Ricerca Gruppo di Tecnica delle Costruzioni Alghero, 2012 Le strutture in legno Massimo FRAGIACOMO Nicoletta TRULLI Giovanni RINALDIN

2 Argomenti Introduzione Utilizzo del legno locale Comportamento sismico delle strutture in legno

3 Introduzione Alcuni vantaggi del legno: Gradevolezza estetica Sostenibilità Elevato rapporto resistenza peso Velocità di montaggio Sostenibilità: Ridotte emissioni di CO 2 Ridotto consumo di energia necessaria alla produzione del materiale Rigenerazione del materiale in cicli di anni

4 Introduzione Edifici a pannelli in legno lamellare incrociato ( xlam ):

5 Introduzione

6 Introduzione 2008 Edificio di 9 piani a Londra (Murray Grove) Edificio di 7 piani a Bolzano 2013 Edifici di 9 piani a Milano (Polaris) 2013 Edificiodi10 piani a Melbourne (Fortè)

7 DESCRIZIONE PROGETTO Promozione e impiego del legno sardo per la realizzazione di edifici sostenibili. Fase n.1: Scelta della specie legnosa locale più vantaggiosa in termini di impiego strutturale nell edilizia sostenibile PINO MARITTIMO Fase n.2: Prove sperimentali in laboratorio per la caratterizzazione fisico meccanica del legno realizzate presso il laboratorio Institute for Timber Engineering and Wood Technology in Graz (Austria) e presso il Laboratorio di Prove Materiali del DICAAR (Università degli Studi di Cagliari) Fase n.3: Classificazione delle tavole in base alle prove condotte, realizzazione di pannelli in X Lam e prove sperimentali per determinarne le capacità portanti condotte presso il laboratorio Institute for Timber Engineering and Wood Technology in Graz (Austria) e presso il Laboratorio di Prove Materiali del DICAAR (Università degli Studi di Cagliari). Progetto finanziato da: Ente Foreste della Sardegna RAS: Legge n. 7/2007

8 IDENTIFICAZIONE SPECIE LEGNOSA PINO MARITTIMO Sono stati individuati e impiegati tre popolamenti della Sardegna: 1. Monte Olia Limbara (Olbia Tempio): colore identificativo NERO 2. Lanusei (Ogliastra): colore identificativo ROSSO 3. Sette Fratelli (Cagliari): colore identificativo VERDE 9 cataste (105 tavole) di pino marittimo 3 per ogni zona spedite presso il laboratorio dell Institute for Timber Engineering and Wood Technology dell Università di Graz (TU): Essicazione artificiale 6 cataste Essicazione naturale delle tavole: tempi più lunghi ma valori di umidità paragonabili alla essicazione artificiale

9 PROVE: TU GRAZ LABORATORIO PROVE MATERIALI CAGLIARI Scansioni delle teste delle tavole Rapidità di accrescimento e posizione della tavola rispetto al midollo

10 PROVE: TU GRAZ LABORATORIO PROVE MATERIALI CAGLIARI Scansioni delle facce delle tavole Analisi dei nodi e delle sezioni (deviazione della fibratura)

11 PROVE: TU GRAZ LABORATORIO PROVE MATERIALI CAGLIARI Prove igrometriche: Umidità percentuale delle tavole Deformazioni delle tavole: arcuatura, falcatura, imbarcamento e svergolamento Misura delle tavole: lunghezza, larghezza e spessore Massa volumica

12 PROVE: TU GRAZ LABORATORIO PROVE MATERIALI CAGLIARI Prove ultrasoniche Onda ultrasonica a bassa frequenza attraversa il materiale parallelamente alla fibratura: tempo di percorrenza (correlato alla velocità e al Modulo di Elasticità dinamico).

13 PROVE: TU GRAZ LABORATORIO PROVE MATERIALI CAGLIARI Prove di trazione Misura del Modulo di Elasticità Statico

14 CARATTERIZAZIONE DEL MATERIALE Risultati e confronto con le Classi di Resistenza UNI EN 338: Densità: ρ k = 420 kg/m 3 >C35 ρ k = 520 kg/m 3 >C35 ρ k = 490 kg/m 3 >C35 Resistenza a trazione parallela alla fibratura: f t,0 =11.5 N/mm 2 >C18 f t,0 = 12.3 N/mm 2 >C20 f t,0 =10.9 N/mm 2 >C16 Modulo elastico parallelo alla fibratura: E 0,m = 6230 N/mm 2 <C14 E 0,m = 5800 N/mm 2 <C14 E 0,m = 5100N/mm 2 <C14

15 METODO DI CLASSIFICAZIONE Migliore grandezza adatta a predire la rigidezza e la resistenza del materiale: Tempo di transito del segnale ultrasonico (modulo di elasticità dinamico, velocità)

16 SUDDIVISIONE MATERIALE Il metodo di classificazione ha permesso di suddividere il materiale in tre classi qualitative: CLASSE A MIGLIORI PROPRIETÀ CLASSE B MODESTI VALORI CLASSE C MATERIALE RESTANTE

17 REALIZZAZIONE PRIMI PANNELLI CLT Realizzati sovrapponendo e incollando a strati incrociati le singole lamelle; Ottimizzalecaratteristichefisichedelmaterialedibaseaifinicostruttiviequindi consente di impiegare per la sua realizzazione materiale base di qualità medio/bassa; Pannelli a 5 strati: Strati esterni: Classe A; Strato centrale e strati trasversali: Classe B e C; 15 Pannelli CLT (2850x500x150 mm) per prove di flessione (5 per zona); 12 Pannelli CLT (1500x500x150 mm) per prove rolling shear (4 per zona).

18 PROVE SUI PANNELLI CLT Prove di flessione su 4 punti (EN 408): Prove di rolling shear su 4 punti: NO rolling shear

19 Ing. Giovanni Rinaldin Il comportamento sismico degli edifici in legno Studio comportamento isteretico di connettori per legno: test sperimentali studio del comportamento non lineare di connettori in acciaio per X lam implementazione routine per elemento molla Viti Angolari Hold down

20 Ing. Giovanni Rinaldin Prove sperimentali Prove sperimentali su: angolari hold down unioni con viti sviluppate per ogni direzione di lavoro del connettore.

21 Ing. Giovanni Rinaldin Prove sperimentali Test monotoni e ciclici su: pareti in X lam con diverso numero di connettori alla base pareti accoppiate.

22 Ing. Giovanni Rinaldin Connettori per legno Il problema sismico: caratterizzare il comportamento ciclico Per taglio Assiale Test su tavola vibrante di edificio a 7 piani in X lam a Tsukuba, Giappone (CNR Ivalsa)

23 Ing. Giovanni Rinaldin Connettori per legno Il problema sismico: caratterizzare il comportamento ciclico

24 Ing. Giovanni Rinaldin Connettori per legno Taratura modelli per i connettori e validazione su test CNR Ivalsa. Modellazione del pannello con shell composite a 5 layer elastiche + molle di contatto 2 tipologie di connessioni verticali con viti: 1. half lap joint 2. LVL joint

25 Ing. Giovanni Rinaldin Modellazione tridimensionale di edificio in X lam Modellazione prova pseudo dinamica con 5304 molle per ogni tipo di connessione: 1. angolari 2. hold down 3. unioni con viti

26 Ing. Giovanni Rinaldin Pubblicazioni Igor Gavric, Giovanni Rinaldin, Claudio Amadio, Massimo Fragiacomo, Ario Ceccotti Experimental numerical analyses of the seismic behaviour of cross laminated wall systems 15 th WCEE, Lisbona 2012 Massimo Fragiacomo, Claudio Amadio, Giovanni Rinaldin, Ljuba Sancin Non linear modelling of wooden light frame and X lam structures World Conference on Timber Engineering, Auckland, New Zealand, 2012 Giovanni Rinaldin, Claudio Amadio, Massimo Fragiacomo Non linear springs for cyclic analysis of wooden structures OpenSees Days Rome 2012 Giovanni Rinaldin, Claudio Amadio, Massimo Fragiacomo A component approach for non linear behaviour of cross laminated solid timber panels ANIDIS 2011, Bari Massimo Fragiacomo, Giovanni Rinaldin Advanced models for seismic analyses of timber buildings Workshop 9.GraHFT'11, Graz, Austria, 2011 G. Rinaldin, C. Amadio, M. Fragiacomo A component approach for the hysteretic behaviour of connections in cross laminated wooden structures in revisione