IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE E LE SUE PROPRIETA MECCANICHE

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Graziano Colombo
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Corso di formazione: SISTEMI COSTRUTTIVI DI COPERTURA IN LEGNO LAMELLARE Ordine degli Ingegneri di Napoli 5 e 6 maggio 2014 IL LEGNO COME MATERIALE

1 Corso di formazione: SISTEMI COSTRUTTIVI DI COPERTURA IN LEGNO LAMELLARE Ordine degli Ingegneri di Napoli 5 e 6 maggio 2014 IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE E LE SUE PROPRIETA MECCANICHE Parte 2: IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEL LEGNO Prof. Ing. Bruno Calderoni - D.I.ST. Università di Napoli Federico II 1/39

2 Le caratteristiche meccaniche del legno Anisotropia del legno Definizione degli assi principali Per la resistenza si considerano solo 2 direzioni di sollecitazione: - parallela alla fibratura (L) - ortogonale alla fibratura (R=T) MPa % 0.4 % 1-2 MPa ROTTURA FRAGILE Legno NETTO sollecitato a trazione e compressione 4-5 MPa % parallela alla fibratura ROTTURA DUTTILE MPa ortogonale alla fibratura 2/39

3 Le caratteristiche meccaniche del legno La rottura a compressione parallela alla fibratura Le fibre si plasticizzano progressivamente fino all instabilizzazione La rottura avviene lungo direzioni inclinate (piani di clivaggio) 3/39

4 Le caratteristiche meccaniche del legno La rottura a compressione di provini di legno netto 4/39

5 Le caratteristiche meccaniche del legno La prova a compressione assiale parallela alla fibratura Il provino prima e dopo la prova σ11 [MPa] Il diagramma σ-ε sperimentale ε11 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 5/39

6 Le caratteristiche meccaniche del legno La compressione ortogonale alla fibratura (trasversale) Il comportamento è di tipo elasto-plastico viscoso Il comportamento è diverso in direzione radiale e tangenziale La resistenza è minima in direzione diagonale 6/39

7 Le caratteristiche meccaniche del legno La prova a compressione assiale ortogonale alla fibratura in direzione radiale Il provino prima e dopo la prova σ 22 [MPa] Il diagramma σ-ε ε ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 7/39

8 Le caratteristiche meccaniche del legno La prova a compressione assiale ortogonale alla fibratura in direzione tangenziale Il provino prima e dopo la prova σ 33 [MPa] ε33 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Il diagramma σ-ε sperimentale 8/39

9 Le caratteristiche meccaniche del legno La rottura a trazione parallela alla fibratura Il provino di legno netto dopo la prova Il diagramma σ-ε sperimentale 9/39

10 Le caratteristiche meccaniche del legno La trazione ortogonale alla fibratura (trasversale) Il provino di legno netto dopo la prova MPa La rottura è fragile ed improvvisa con valori molto bassi di resistenza MPa 10/39

11 Il carico inclinato rispetto alla fibratura Il cerchio di Mohr e la curva di Hankinson Compressione Trazione 11/39

12 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE (in dimensioni d uso) sollecitato a trazione e compressione MPa Compr.: elasto-plastico MPa 2-5 MPa MPa Trazione: elasto-fragile 12/39

13 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a trazione parallela alle fibre L influenza dei difetti sulla resistenza a trazione 13/39

14 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a trazione parallela alle fibre La rottura a trazione (fragile) avviene sempre in corrispondenza dei difetti 14/39

15 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a trazione ortogonale alle fibre L influenza dei difetti sulla resistenza a trazione ortogonale L EFFETTO VOLUME V o = 0.01 m 3 1/k = /39

16 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE Trazione e flessione parallele alla fibratura 16/39

17 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a compressione parallela alle fibre L influenza dei difetti e delle modalità di prova sulla resistenza a compressione parallela alla fibratura 17/39

18 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a compressione parallela alle fibre La rottura a compressione non è influenzata in modo determinante dai difetti 18/39

19 Le caratteristiche meccaniche del legno Legno STRUTTURALE sollecitato a compressione ortogonale alle fibre L influenza della larghezza della zona caricata Carichi concentrati 19/39

20 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a flessione La rottura a flessione di provini in legno di buona qualità (I e II) e con difetti (III e IV) 20/39

21 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a flessione Il diagramma tens.-defor. idealizzato per legno netto e legno strutturale La distribuzioni delle tensioni a rottura nel legno NETTO Il comportamento è duttile 21/39

Prove di rottura a flessione su provini di legno NETTO Lo schema della prova Le dimensioni dei provini Table 2. Main dimensions of tested specimens.

22 Prove di rottura a flessione su provini di legno NETTO Lo schema della prova Le dimensioni dei provini Table 2. Main dimensions of tested specimens. span cross section Specimen L [mm] width b [cm] depth h [cm] loading scheme A 360 3,08 2,88 a B 300 3,00 3,10 b C 300 2,48 2,50 b L elemento ligneo prima della prova La rottura del provino in zona tesa 22/39

23 Prove di rottura a flessione su provini di legno NETTO La determinazione della resistenza a trazione e delle ε di rottura a trazione e a compressione 23/39

24 Prove di rottura a flessione su provini di legno NETTO Il diagramma σ-ε teorico-sperimentale Il coefficiente di forma. Incremento di resistenza per effetto della plasticizzazione sp A 90 σ [MPa] 2 M/My sp B sp C 45 1,5 0 ε 1-1,00% -0,50% 0,00% 0,50% 1,00% -45 0, σ M y = M (σ c =σ co =45 MPa) 24/39

25 La resistenza a flessione di elementi in legno STRUTTURALE (in dimensioni d'uso) La rottura a flessione è di tipo fragile e avviene di regola dal lato della parte tesa I difetti influenzano in modo diverso le varie resistenze La resistenza a flessione f m = M/W è in genere >= di quella a compressione 25/39

26 Prove a flessione su travi REALI di castagno I difetti tipici Gli schemi delle prove 26/39

27 Prove a flessione su travi REALI di castagno I risultati I diagrammi M/My Δ/Δy Le tensioni di flessione a rottura 27/39

28 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a flessione composta Il dominio di resistenza 28/39

29 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a taglio in direzione parallela alla fibratura La rottura a taglio è in genere di tipo fragile Non si formano lesioni diagonali La rottura avviene per scorrimento in corrispondenza degli anelli di accrescimento 29/39

Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a taglio Prove di rottura a taglio su provini di legno NETTO Lo schema della prova Le dimensioni dei provini Table 4.

30 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a taglio Prove di rottura a taglio su provini di legno NETTO Lo schema della prova Le dimensioni dei provini Table 4. Main dimensions of tested specimens. cross section span L Specimen [mm] width b [cm] depth h [cm] A B C D La rottura del provino a taglio con scorrimento 30/39

31 Prove a taglio su provini di legno NETTO I risultati I diagrammi M/My Δ Le tensioni di taglio a rottura 31/39

32 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a taglio per il legno STRUTTURALE L influenza dei difetti sulla resistenza a taglio 32/39

33 Le caratteristiche meccaniche del legno La resistenza a taglio per legno STRUTTURALE I diagrammi delle τ nelle travi reali y [cm] το, th τ o actual sec. eq. circ. sec τ [MPa] 8 y [cm] rottura a taglio rottura a taglio το, th τ o y [cm] το, th τ o actual sec. eq. circ. sec τ [MPa] 8 y [cm] rottura a flessione rottura a taglio το, th τ o τ o = resistenza a taglio per legno NETTO τ o,th = resistenza a taglio per legno STRUTTURALE actual sec. eq. circ. sec actual sec. eq. circ. sec τ [MPa] τ [MPa] 8 33/39

34 Le classi di resistenza dell EN 338 (Legno strutturale Classi di resistenza) I profili prestazionali 34/39

35 Le caratteristiche meccaniche del legno Il comportamento deformativo IL CREEP nel legno u diff = u fin - u inst 35/39

36 Le caratteristiche meccaniche del legno Il comportamento deformativo I fattori che influenzano il CREEP del legno L umidità e le variazioni di umidità 36/39

37 Le caratteristiche meccaniche del legno Il comportamento deformativo I fattori che influenzano il CREEP del legno Il livello di tensione 37/39

38 Le caratteristiche meccaniche del legno Il comportamento deformativo Il comportamento meccanicoadsorbitivo U fin = u inst x (1 + K def ) Valori di K def Legno massiccio e legno lamellare Classe di servizio O,60 0,80 2,00 + 2,00 per legno messo in opera fresco e fatto essiccare sotto carico Il coefficiente K def per il calcolo della deformazione totale 38/39

39 Le caratteristiche meccaniche del legno Il comportamento deformativo L'influenza della deformabilità tagliante - materiali elastici classici: G = E / (2(1+ν)) E / G per il legno il modulo G è invece molto più basso: E/G 16 conifera C24: E o = N/mm 2 E 90 = 370 N/mm 2 G = 690 N/mm 2 E/G 16 latifoglia D50: E o = N/mm 2 E 90 = 930 N/mm 2 G = 880 N/mm 2 E/G 16 lamellare GL24: E o = N/mm 2 E 90 = 390 N/mm 2 G = 720 N/mm 2 E/G 16 Trave appog. con q unif.: δ tot = δ m +δ v = (5 ql 4 )/(384 EI) + (ql 2 χ)/(8 GA) δ v / δ m = 0,96(E/G)(h/l)2 per h/l = 1/10 à δ v / δ m 0.15 per h/l = 1/20 à δ v / δ m < /39

40 FINE PARTE 2 GRAZIE PER L ATTENZIONE 40/39

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