Marco Boscolo Bielo LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE IN LEGNO

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1 Marco Boscolo Bielo LA PROGETTAZIONE DELLE STRUTTURE IN LEGNO 1 a Edizione - Luglio 2014

2 Ringraziamenti Non nova sed nove L Autore desidera ringraziare: Concrete s.r.l. e in particolare l Ing. Luigi Nulli; Ternaria s.r.l. e in particolare l Ing. Enrico Nespolo; Rotho Blaas s.r.l. e in particolare l Ing. Franco Moar. Marco Boscolo Bielo è nato a Sottomarina di Chioggia (VE) il 27 Luglio Si è laureato con lode in Architettura presso lo IUAV di Venezia nel Nello stesso anno inizia a collaborare alla didattica nella Facoltà di Architettura di Venezia in qualità di assistente per diverse aree del settore della tecnica delle costruzioni. È autore di numerosi articoli in riviste specializzate nel settore dell Architettura e dell Ingegneria e si dedica alla stesura manuali tecnici e libri di storia dell architettura tecnica. Ha partecipato a convegni a livello nazionale e internazionale (IASS 96, XI-XII CTE, XVI BIBM, XV ANIDIS). Svolge attività di libero professionista nel campo della progettazione antisismica, architettonica, strutturale e nel restauro. Ha effettuato numerose docenze in relazione alle norme tecniche antisismiche, al restauro conservazione manutenzione di materiali edilizi storici, presso Università, Enti Pubblici e Privati, Ordini Professionali e per conto di Legislazione Tecnica e ANIAI. Per Legislazione Tecnica ha pubblicato inoltre: Progettazione Strutturale - Significato e prassi della nuova normativa antisismica (2010); Costruzioni antisismiche in muratura ordinaria e armata (2011); Crollo e ricostruzione del Campanile di San Marco (2012); Interventi su edifici esistenti Responsabilità dei progettisti, Diagnostica, Tecniche di progettazione (2012). Vulnerabilità sismica degli edifici industriali (2012); Vulnerabilità sismica degli edifici storici (2013); Progettazione antisismica con le NTC (2013). Copyright Legislazione Tecnica 2014 La riproduzione, l adattamento totale o parziale, la riproduzione con qualsiasi mezzo, nonché la memorizzazione elettronica, sono riservati per tutti i paesi. Finito di stampare nel mese di luglio 2014 da Stabilimento Tipolitografico Ugo Quintily S.p.A. Viale Enrico Ortolani 149/151 - Zona industriale di Acilia Roma Legislazione Tecnica S.r.L Roma, Via dell Architettura 16 Servizio Clienti Tel. 06/ Fax 06/ servizio.clienti@legislazionetecnica.it Portale informativo: Shop: ltshop.legislazionetecnica.it Il contenuto del testo è frutto dell esperienza dell Autore, di un accurata analisi della normativa e del contesto tecnico-scientifico di riferimento. Le opinioni contenute nel testo sono quelle dell Autore, in nessun caso responsabile per il loro utilizzo. Il lettore utilizza il contenuto del testo a proprio rischio, ritenendo indenni l Autore e l Editore da qualsiasi pretesa risarcitoria.

3 INDICE PREMESSA IL LEGNO NATURALE Cenni sulle caratteristiche del legno naturale Conifere e Latifoglie Idealizzazione del materiale Il legno in natura e alcune caratteristiche meccaniche Tipi di legname Abete Bianco Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Abete Rosso Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Larice Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Pino Silvestre Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Castagno Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Ontano Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Rovere Caratteristiche fisiche Resistenze e moduli elastici Tabella riassuntiva dei parametri meccanici di varie essenze legnose Tabella di parametri meccanici di varie essenze legnose applicabili nel caso di utilizzo di tensioni ammissibili

4 2. LEGNO STRUTTURALE MASSICCIO Generalità Utilizzo di materiali e prodotti a base di legno Parametri che influenzano il comportamento strutturale del legno massiccio I nodi e la deviazione della fibratura Inclinazione della fibratura Massa volumica Conformazione degli anelli di accrescimento Fessurazioni longitudinali da ritiro Cipollatura Conformazione del midollo e del legno giovanile Legno di reazione Deformazioni Degrado e lesioni Tabelle riassuntive di valutazione della classificazione secondo UNI Definizione dei parametri meccanici Il fattore k h Classificazione LEGNO LAMELLARE INCOLLATO Generalità Il sistema di certificazione La classificazione Il fattore k h Giunti a dita o a pettine Cenni sui collanti o adesivi PRODOTTI STRUTTURALI A BASE DI LEGNO Legno tipo bilama o trilama Pannelli OSB Pannelli di compensato Pannelli di legno massiccio Pannelli di fibre

5 5. PROCEDURE DI QUALIFICAZIONE E ACCETTAZIONE Generalità Oneri del Direttore dei Lavori Disposizioni specifiche per prodotti strutturali in legno o a base di legno Identificazione e rintracciabilità dei prodotti Forniture e documentazione di accompagnamento Prodotti provenienti dall estero LA SICUREZZA STRUTTURALE CON IL METODO SEMIPROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE Considerazioni preliminari Modelli di valutazione della sicurezza Gli stati limite Stati Limite di Esercizio (SLE) Stati Limite Ultimi (SLU) Valutazione della sicurezza Le azioni elementari Combinazioni di carico Coefficienti parziali da assumere nelle azioni agli SLU Coefficienti parziali da assumere per i materiali Valori dei parametri meccanici di progetto Classi di durata e carichi di servizio Classi di servizio Ipotesi per le verifiche agli stati limite Stati Limite di Esercizio Stati Limite Ultimi TRAZIONE E COMPRESSIONE Generalità Trazione parallela alla fibratura Trazione perpendicolare alla fibratura Compressione parallela alla fibratura

6 7.5 Compressione perpendicolare alla fibratura Compressione inclinata rispetto alla fibratura FLESSIONE, TENSOFLESSIONE, PRESSOFLESSIONE Generalità Flessione retta e deviata allo SLU Tensoflessione retta e deviata allo SLU Pressoflessione retta e deviata allo SLU Verifiche di freccia per gli SLE Generalità Valutazione dei moduli elastici (E, G) a tempo infinito Deformazioni istantanee e deformazioni a lungo termine Limiti di freccia Esempi di calcolo di frecce TAGLIO E TORSIONE Generalità Verifica a taglio per SLU Torsione Taglio e torsione INSTABILITÀ EULERIANA E FLESSO TORSIONALE Concetti base relativi all instabilità per carico di punta Verifiche a compressione per aste tozze Verifiche di instabilità per carico di punta di aste snelle Cenni sull instabilità flesso torsionale Il momento critico M cr Lunghezza libera di inflessione Leff per instabilità flesso-torsionale Tensione critica di flessione sm,crit di instabilità flesso-torsionale Verifiche di instabilità flesso torsionale Instabilità di elementi soggetti a presso-flessione deviata Instabilità di elementi soggetti a presso-flessione retta

7 11. COLLEGAMENTI Generalità Tipologie Nodi di carpenteria Chiodi Bulloni Viti Spinotti Anelli e caviglie Piastre dentate Cambrette o graffe Resistenza dei collegamenti di carpenteria Resistenza dei collegamenti con mezzi di unione metallica a gambo cilindrico Piani di taglio Meccanismi di rottura fragile Cenni sulla teoria di Johansen Capacità portante di unioni legno-legno e pannello-legno Collegamenti con un piano di taglio Collegamenti con due piani di taglio Resistenza al rifollamento e momento di snervamento del connettore Capacità portante di unioni acciaio-legno Collegamenti con un piano di taglio Collegamenti con due piani di taglio Collegamenti con più di due piani di taglio Effetto fune Unioni con chiodi Chiodi caricati lateralmente Preforatura, momento di snervamento e resistenza a rifollamento Disposizioni di serie di chiodi Connessioni legno-legno con chiodi Connessioni pannello-legno con chiodi Connessioni acciaio-legno con chiodi Chiodi caricati assialmente Chiodi caricati sia lateralmente sia assialmente 205 7

8 Unioni con cambrette Unioni con bulloni Generalità su bulloni e rondelle Bulloni caricati lateralmente Connessioni legno-legno con bulloni: momento di snervamento, resistenza a rifollamento, numero efficace Connessioni pannello-legno con bulloni: resistenza a rifollamento Connessioni acciaio-legno con bulloni Bulloni caricati assialmente Unioni con spinotti Unioni con viti Generalità Viti caricate lateralmente Viti caricate assialmente Viti caricate sia lateralmente che assialmente Mezzi di unione multipli e numero efficace Forze di connessione inclinate rispetto alla fibratura Forze di connessione alternate Connessioni con mezzi di unione a piastra metallica punzonata Generalità: geometria e parametri di resistenza della piastra Resistenza di ancoraggio della piastra Verifica di resistenza della connessione Capacità di ancoraggio della piastra Capacità della piastra Connettori ad anello e caviglie Connettori a piastra dentata Rigidezza dei giunti e valori di K ser Collegamenti con elementi di acciaio incollati Generalità Resistenza di collegamenti con barre incollate Generalità

9 Collegamenti con barre soggette a sollecitazione parallela al proprio asse Collegamenti con barre soggette a sollecitazione tagliante Verifiche di esercizio per barre incollate sollecitate a taglio Collegamenti con barre soggette a sollecitazioni combinate Resistenza di connessioni con piastre metalliche incollate Generalità Resistenza caratteristica Disposizioni costruttive Rottura a taglio nel legno e nello spinotto in connessioni multiple acciaio-legno del tipo a spinotto Disposizioni costruttive dei collegamenti previste dall Eurocodice CRITERI PER LA PROGETTAZIONE ANTISISMICA L accelerazione sismica attesa al suolo Spettro di risposta elastico in accelerazione Sistemi piani ad un grado di libertà Spettro di risposta per lo stato limite ultimo e fattore di struttura q Sistemi ad n gradi di libertà L impalcato infinitamente rigido La regolarità delle costruzioni Generalità Regolarità in pianta Regolarità in altezza Precisazioni della Circolare 617/09 sulla regolarità La duttilità strutturale Considerazioni sul comportamento isteretico dei collegamenti con mezzi metallici Classi di duttilità e regole per i materiali Tipologie strutturali e fattori di struttura Analisi strutturale

10 12.13 Disposizioni costruttive Generalità Disposizioni costruttive per i collegamenti Disposizioni costruttive per gli impalcati Verifiche di sicurezza Regole di dettaglio Disposizioni costruttive per i collegamenti Disposizioni costruttive per gli impalcati Altezza massima dei nuovi edifici Fondazioni ANALISI SISMICHE Tipi di analisi Generalità Analisi lineare dinamica Analisi lineare statica Analisi non lineare statica Generalità e ipotesi di base per l applicazione dell analisi lineare statica Esempio di analisi lineare statica Descrizione della struttura Caratteristiche della costruzione e del sito di riferimento Determinazione del periodo proprio di vibrazione T Determinazione del fattore di struttura Diagrammi degli spettri di risposta orizzontali Spettro di risposta elastico Spettro di progetto in accelerazione per SLD Spettro di progetto in accelerazione per SLV Carichi verticali Valutazione dell azione sismica (tagliante di base) ELEMENTI STRUTTURALI PARTICOLARI Travi rastremate Travi a semplice rastremazione Travi a doppia rastremazione Travi curve

11 14.5 Travi centinate Travi composte a T Generalità Connessione a rigidezza nulla Connessione a rigidezza infinita Connessione a rigidezza finita (semirigida) Solai composti legno-calcestruzzo Generalità Profondità di infissione dei connettori Resistenza e rigidezza di connessioni realizzate con denti di calcestruzzo Deformabilità della trave mista legno-calcestruzzo Solai composti legno-legno Travi a I o ad H Efficienza dei connettori Travi incollate ad I Travi incollate con anima sottile Travi incollate con ali sottili Vibrazioni nei solai Generalità Frequenza fondamentale di solaio a pianta rettangolare Verifiche Determinazione della velocità di risposta all impulso unitario Colonne composte Generalità Colonne composte da elementi non divaricati Ipotesi di base Verifiche Colonne composte da elementi divaricati Ipotesi di base Parametri geometrici relativi alle sezioni resistenti Verifiche Azioni sui mezzi di unione, sui distanziali e sui calastrelli Colonne a traliccio

12 Ipotesi di base Capacità portante Forze di taglio Elementi di controventamento compressi Generalità Forza stabilizzante minima per appoggi intermedi Rigidezza minima dei supporti intermedi Controventatura di sistemi di travi e/o capriate ROBUSTEZZA E DURABILITÀ Robustezza Durabilità Requisiti di durabilità naturale dei materiali derivati dal legno Resistenza alla corrosione APPENDICE A: ELENCO NORME UNI ED EUROCODICI APPENDICE B: LINEE GUIDA DEL CONSIGLIO SUPERIORE DEI LAVORI PUBBLICI 13 MARZO APPENDICE C: ESEMPIO DI DICHIARAZIONE DI PRESTAZIONE BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE

13 PREMESSA In questo volume sono riportati i principi di calcolo e progettazione di strutture realizzate in legno e con prodotti a base di legno. L attuale normativa tecnica a disposizione del progettista offre una molteplicità di fonti che spesso possono renderlo incerto su quale sia la più opportuna da applicare. A volte i contenuti si discostano a seconda che ci si riferisca: agli Eurocodici, alle NTC, alle Istruzioni del CSLLPP o del CNR e via dicendo. Allo stato attuale le costruzioni in legno sono normate dal DM Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC), in vigore dal luglio Guardando la consistenza delle informazioni contenute in questo documento, per quanto concerne la parte dedicata alle strutture in legno, rispetto ad altre tipologie quali: calcestruzzo armato, acciaio e murature, balza subito all occhio che la parte relativa al legno è la più esigua, peraltro, mancante di alcune informazioni fondamentali (ad esempio le grandezze caratteristiche di resistenza). Stando così le cose, il ricorso ad altre fonti è indispensabile. Ma quali sono quelle più affidabili o, almeno, quelle più raccomandabili? Per scoprirlo occorre leggere il Capitolo 12 delle NTC, il quale così recita: Per quanto non diversamente specificato nella presente norma, si intendono coerenti con i principi alla base della stessa, le indicazioni riportate nei seguenti documenti: Eurocodici strutturali pubblicati dal CEN, con le precisazioni riportate nelle Appendici Nazionali o, in mancanza di esse, nella forma internazionale EN; Norme UNI EN armonizzate i cui riferimenti siano pubblicati su Gazzetta Ufficiale dell Unione Europea; Norme per prove, materiali e prodotti pubblicate da UNI. Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, a integrazione delle presenti norme e per quanto con esse non in contrasto, possono essere utilizzati i documenti di seguito indicati che costituiscono riferimenti di comprovata validità: Istruzioni del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici; Linee Guida del Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici; Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale e successive modificazioni del Ministero per i Beni e le Attività Culturali, come licenziate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e ss. mm. ii.; 13

14 Istruzioni e documenti tecnici del Consiglio Nazionale delle Ricerche (C.N.R.). Possono essere utilizzati anche altri codici internazionali, purché sia dimostrato che garantiscano livelli di sicurezza non inferiori a quelli delle presenti Norme Tecniche. Come è possibile notare, non esiste una precisa gerarchia fra le cosidette norme coerenti con i principi e/o di comprovata validità richiamate dal DM , se non quella che quest ultimo sta al di sopra di tutte le altre. Invero, resta al progettista la libertà di scegliere l utilizzo degli altri codici. Pertanto, in questo libro si è voluto offrire uno sviluppo coerente con il quadro generale posto dalla normativa tecnica italiana che vede le disposizioni contenute nelle NTC come preminenti e cogenti, integrandone via via i contenuti laddove queste manifestano carenze. In primo luogo si è scelto di dare priorità alle integrazioni offerte dagli Eurocodici (in particolare l Eurocodice 5: Progettazione delle strutture in legno e L Eurocodice 8: Indicazioni progettuali per la resistenza sismica delle strutture ). Tuttavia non mancano i riferimenti ad altri codici di comprovata validità (comunque sempre esplicitati in modo da rendere consapevole il lettore della fonte da cui si attinge). Questa operazione di sintesi può avere grande utilità, se non altro per il risparmio di tempo di cui l utilizzatore potrà giovarsi, in virtù del fatto che altri al suo posto ha preliminarmente vagliato una grande mole di possibili riferimenti tecnici, selezionandone i contenuti e riorganizzandoli in un modo coerente e consequenziale anche sotto l aspetto teorico e concettuale. Marco Boscolo Bielo 14

15 1 IL LEGNO NATURALE 1.1 CENNI SULLE CARATTERISTICHE DEL LEGNO NATURALE Il legno è un materiale naturale il cui costituente più importante è la cellulosa. Nella terminologia chimica il suffisso osio, da cui osa, denota uno zucchero, e per l appunto la cellulosa è lo zucchero associato alle cellule vegetali, o meglio alle pareti delle cellule vegetali. Il glucosio viene sintetizzato nelle foglie degli alberi dall azione della luce solare sull acqua e sull anidride carbonica con l aiuto di un catalizzatore: la clorofilla. Il glucosio passa quindi in soluzione attraverso la linfa e viene trasportato nelle zone di crescita della pianta. Lo studio del legno può essere condotto a vari livelli, come indicato in figura 1.1. Figura Vari livelli per lo studio del legno Analizzando una sezione trasversale di un tronco d albero possiamo distinguere varie zone (figura 1.2): la corteccia, divisibile in esterna ed interna (libro); il legno costituente la parte principale con l alburno ed il durame più o meno distinguibili (legno differenziato o indifferenziato), con gli anelli di accrescimento, con i raggi midollari ed altri tessuti; il midollo al centro. 15

16 Capitolo 1 - Il legno naturale Figura Tronco di legno e rappresentazione delle sezioni trasversale, radiale e tangenziale Com è noto, la crescita della pianta, oltre che in altezza (crescita primaria), avviene anche in direzione radiale del fusto (crescita secondaria), attraverso la generazione di successivi anelli. Nella pianta la zona del cambio, che si trova tra la corteccia e il legno, è riconoscibile solo a livello microscopico ed è responsabile della generazione di nuovi tessuti legnosi verso l interno (xilema), che hanno principalmente funzione di sostegno e di trasporto della linfa grezza dalle radici alla chioma e anche della crescita di tessuti legnosi verso l esterno (corteccia), quest ultima con funzioni di trasporto della linfa elaborata dalla chioma dell albero (corteccia interna o libro o floema), o con funzioni di protezione (corteccia esterna o ritidoma). Con l invecchiamento dell albero si generano l alburno e il durame (figura 1.3). L alburno circonda il durame ed è generalmente più chiaro. L alburno è costituito da cellule vive e fisiologicamente attive la cui ampiezza è molto variabile, inoltre esso è meno durevole e meno resistente del durame rispetto ad alterazioni biologiche indotte da funghi ed insetti. Il durame comprende le zone interne del legno e, pur essendo costituito da cellule morte, assolve a funzioni si sostegno dell albero contribuendo alla rigidezza e alla stabilità. Fondamentalmente si distingue tra: durame differenziato obbligatoriamente: immagazzinamento delle sostanze duramificanti nella parete cellulare (simile ad un impregnamento della parete cellulare - spesso maggior resistenza agli attacchi fungini); durame differenziato facoltativamente: immagazzinamento delle sostanze duramificanti sulla parete cellulare (scarsa resistenza agli attacchi fungini). Oltre alla maggiore durabilità del durame differenziato obbligatoriamente, il durame colorato (differenziato) possiede altre proprietà fisico-meccaniche diverse da quelle dell alburno: è di regola più scuro, più secco, più pesante, più duro e spesso più difficilmente impregnabile. 16

17 Capitolo 1 - Il legno naturale Figura Differenziazione fra alburno e durame in vari tipi di essenze legnose In figura 1.4 si evidenzia una ulteriore distinzione che viene effettuata all interno dei singoli anelli di accrescimento fra legno primaverile e legno tardivo. Il midollo è il nucleo originario intorno al quale si è sviluppata la pianta ed è formato da un tessuto di cellule di parenchima primario con modeste caratteristiche di resistenza e di curabilità. Molto spesso nel midollo si riscontrano, inoltre, una elevata presenza di nodi e/o fessurazioni e in qualche caso fenomeni di marcescenza. Il legno giovanile, pur essendo costituito da tessuto legnoso (xilema), presenta particolarità anatomiche che lo rendono di minor qualità rispetto al legno normale, vuoi per la minor resistenza meccanica, vuoi per la maggior propensione a subire ritiri longitudinali. Esso è infatti composto da legno tardivo caratterizzato da cellule più corte, una maggiore angolazione delle microfibrille e una minor percentuale di cellulosa. Figura Differenziazione fra legno primaverile e legno tardivo 17

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19 2 LEGNO STRUTTURALE MASSICCIO 2.1 GENERALITÀ L attuale normativa tecnica 1 definisce le costruzioni a struttura portante lignea facendo la seguente distinzione: Costruzioni di legno strutturale (legno massiccio, segato, squadrato oppure tondo); Costruzioni con prodotti strutturali a base di legno (legno lamellare incollato, pannelli a base di legno). Per segato di legno massiccio si intende un singolo segato ottenuto da un tronco tramite lavorazione meccanica. Non sono compresi in questa definizione i prodotti incollati o assemblati (per esempio legno giuntato a dita sull intera sezione, legno lamellare, prodotti tipo bilama e trilama, pannelli di tavole incollate o assemblate con unioni meccaniche). Gli elementi strutturali così ottenuti appartengono a una specie legnosa, con riferimento alla singola specie botanica (ad esempio: abete, acero, faggio, castagno ecc) oppure ad un gruppo di specie (in accordo alla UNI EN 13556). Il tipo di legname viene, invece, definito da parametri quali la specie, la provenienza e la categoria. La provenienza coincide con l area geografica di crescita degli alberi dai quali si ottengono i segati, mentre la categoria è l insieme a cui viene assegnato il legname classificato a vista secondo la resistenza meccanica, in base ad una norma conforme alla UNI EN Ogni tipo di legname comprende assortimenti di varia sezione e lunghezza, i quali devono contribuire, tutti assieme, alla determinazione dei valori caratteristici. La produzione di elementi strutturali di legno massiccio a sezione rettangolare deve risultare conforme alla norma europea armonizzata UNI EN e recare la Marcatura CE. Qualora non sia applicabile la marcatura CE, i produttori di legno massiccio per uso strutturale, devono essere qualificati mediante attestazione rilasciata dal Servizio Tecnico Centrale del CSLLP. Il legno massiccio per uso strutturale è un prodotto naturale, selezionato e classificato in dimensioni d uso secondo la resistenza. I criteri di classificazione previsti dalle norme vigenti (DM , norme UNI 2 ) garantiscono all elemento prestazioni meccaniche minime statisticamente determinate e controllate, senza necessità di ulteriori prove sperimentali e verifiche. La classificazione può avvenire assegnando all elemento una categoria, definita in relazione alla qualità dell elemento stesso con riferimento alla specie legnosa e alla provenienza geografica. La classe di resistenza di un elemento è definita mediante uno specifico profilo 1 DM In particolare UNI EN ; UNI EN ; UNI EN ; UNI

20 Capitolo 2 - Legno strutturale e massiccio resistente unificato. Ad ogni tipo di legno può essere assegnata una classe di resistenza se i suoi valori caratteristici di resistenza, valori di modulo elastico e valore caratteristico di massa volumica, risultano non inferiori ai valori corrispondenti a quella classe. Per tipi di legno non inclusi in normative vigenti (emanate da CEN o da UNI), e per i quali sono disponibili dati ricavati su campioni, è ammissibile la determinazione dei parametri di cui sopra sulla base di confronti con specie legnose incluse in normative di dimostrata validità. Materiale da costruzione Legno da costruzione Settore d impiego Classi di servizio Requisiti secondo UNI EN asciutto, umido, 1, 2 e 3 esterno Altezza Dimensioni tipiche [mm] Larghezza Lunghezze fino a 8000 mm Figura Segati di legno massiccio per uso strutturale di dimensioni commerciali Ad integrazione di quanto sopra, in appendice B si riportano le Linee Guida per la certificazione dell idoneità tecnica all impiego di materiali e prodotti innovativi in legno per uso strutturale emanate (2012) dal Sevizio Tecnico Centrale del Consiglio dei Lavori Pubblici. 2.2 UTILIZZO DI MATERIALI E PRODOTTI A BASE DI LEGNO Con l entrata in vigore delle NTC ormai tutti i prodotti per uso strutturale, nessuno escluso, debbono essere soggetti a procedura di: identificazione; qualificazione; accettazione. L identificazione e la qualificazione avviengono mediante applicazione, da parte del produttore, della Marcatura CE, qualora sia disponibile una norma armonizzata 48

21 Capitolo 2 - Legno strutturale e massiccio europea. In ogni caso è previsto il rilascio del Certificato di Idoneità Tecnica da parte del Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. La circolazione e l uso dei prodotti strutturali a base di legno dovrà pertanto essere conforme all uno o all altro criterio certificativo. La produzione, fornitura e utilizzazione dei prodotti di legno e dei prodotti a base di legno per uso strutturale, dovranno avvenire in applicazione di un sistema di assicurazione della qualità e di un sistema di rintracciabilità che coprano la catena di distribuzione dal momento della prima classificazione e marcatura dei singoli componenti e/o semilavorati almeno fino al momento della prima messa in opera. Ogni fornitura deve essere accompagnata, a cura del Produttore, da un manuale contenente le specifiche tecniche per la posa in opera. Il Direttore dei Lavori è tenuto a rifiutare le eventuali forniture non conformi a quanto sopra prescritto. Il Progettista deve indicare nel progetto le caratteristiche dei materiali secondo le indicazioni contenute nelle NTC che di seguito verranno illustrate. Tali caratteristiche sono garantite dai Fornitori e/o Produttori, per ciascuna fornitura, secondo le disposizioni applicabili di cui alla marcatura CE o equipollente. Il Direttore dei Lavori ha l obbligo di accertare la suindicata documentazione e resta sotto la sua esclusiva responsabilità l accettazione, in cantiere, del materiale e la sua applicazione per uso strutturale. Il Collaudatore ha, infine, l obbligo di verificare che la documentazione che accompagna la messa in opera del materiale sia conforme alle suindicate disposizioni. Sono abilitati ad effettuare le prove ed i controlli, sia sui prodotti che sui cicli produttivi, i laboratori di cui all art. 59 del DPR n. 380/2001 e gli organismi di prova abilitati ai sensi del DPR n. 246/93 in materia di prove e controlli sul legno. 2.3 PARAMETRI CHE INFLUENZANO IL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEL LEGNO MASSICCIO Le proprietà meccaniche del legno naturale risultano influenzate da molteplici parametri. Innanzitutto dal punto di vista microscopico possiamo indicare la conformazione delle fibre (lunghezza, inclinazione delle lamelle della parete mediana), oltre che lo spessore della parete cellulare. Dal punto di vista macroscopico, ovvero in condizioni di osservazione ad occhio nudo, si possono, invece, elencare le seguenti caratteristiche: i nodi; la deviazione della fibratura; l inclinazione della fibratura; la massa volumica; la conformazione degli anelli di accrescimento; le fessurazioni da ritiro; la cipollatura; la conformazione del midollo e del legno giovanile; la presenza di legno di reazione; la presenza di deformazioni; la presenza di degrado e/o di lesioni. 49

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23 8 FLESSIONE, TENSOFLESSIONE, PRESSOFLESSIONE 8.1 GENERALITÀ Com è noto il regime flessionale è generalmente governato da un duplice stato che cimenta le fibre in trazione e compressione. Nelle ipotesi di comportamento lineare e flessione semplice, il diagramma delle tensioni è rappresentato dal classico andamento a farfalla (vedi figura 6.8) che manifesta i valori massimi ai lembi estremi della sezione fino a valori nulli in prossimità dell asse neutro. In quest ottica, parte delle considerazioni viste al paragrafo 7.1, continuano ad essere valide e le condizioni di rottura possono dunque presentarsi con uno dei modi visti: compressione, trazione (e anche di taglio), ovvero come combinazione degli effetti dei medesimi (vedi figura 8.1). a) b) c) Figura a) Tipi di rottura su provette in legno di buone caratteristiche meccaniche (doussiè); partendo dall alto i primi due casi sono di rottura per urto, gli altri due per flessione. b) Rottura per prova a flessione. Partendo dall alto, le prime tre provette sono di legno in buone condizioni, le altre tre sono di legno attaccato da funghi, difettoso per nodi, difettoso per fibratura deviata. c) Rottura per urto. Partendo dall alto, le prime tre provette sono di legno in buone condizioni, le altre tre sono di legno attaccato da funghi, difettoso per nodi, difettoso per fibratura deviata. 127

24 Capitolo 8 - Flessione, tensoflessione, pressoflessione Gli algoritmi di verifica, riportati nel prosieguo dei paragrafi, derivano da teorie e/o modelli semiempirici mutuati ed elaborati a partire dal noto criterio di rottura della massima energia di distorsione di Huber Henky Von Mises e conducono a formulazioni dello stato tensionale pluriassiale. Lo stato tensionale dell elemento strutturale soggetto a flessione viene determinato considerando il comportamento elastico lineare del materiale e l ipotesi del mantenimento delle sezioni piane da cui deriva la nota formulazione: σ = M J y (8.1) e, per le massime tensioni ai lembi: σ max = M J y max = M W el (8.2) dove: con W el si intende il valore del modulo di resistenza in regime elastico. Ad esempio, nel caso di sezione rettangolare di base b ed altezza h, modulo di resistenza elastico rispetto all asse baricentrico parallelo alla base è il noto valore: W el = bh2 6 (8.3) Flessione retta e deviata allo SLU Scelto un sistema di riferimento equivalente a quello indicato in figura 8.2, le verifiche allo SLU per flessione retta e deviata devono soddisfare entrambe le seguenti espressioni come indicato nel DM : σ m,y,d f m,y,d σ m,z,d + k m 1 f m,z,d (8.4) σ m,y,d f m,y,d σ m,z,d f m,z,d k m + 1 (8.5) 128

25 Capitolo 8 - Flessione, tensoflessione, pressoflessione Figura Sistema di riferimento Nelle (8.4) e (8.5) i simboli assumono il seguente significato: σ m,y,d e σ m,z,d sono le tensioni di calcolo massime per flessione rispettivamente nei piani xz e xy determinate assumendo una distribuzione elastico lineare delle tensioni sulla sezione; f m,y,d e f m,z,d sono le corrispondenti resistenze di calcolo a flessione, determinate tenendo conto anche delle dimensioni della sezione trasversale mediante il coefficiente k h, come definito nelle (2.3) e (3.1). k m è un coefficiente che tiene conto convenzionalmente della ridistribuzione delle tensioni e della disomogeneità del materiale nella sezione trasversale, e assume i seguenti valori di tabella 8.1. Tabella Valori di k m Tipo di sezione k m Rettangolare 0,7 Tutte le altre sezioni 1,0 Deve essere inoltre effettuata la verifica di instabilità allo svergolamento (flessotorsionale) per gli elementi inflessi, come definita al paragrafo Volendo comprendere concettualmente il significato delle (8.4) e (8.5) si osservi che esse rappresentano l equazione di una retta espressa nella forma seguente (variabili y e z): y a z b + 1 y z + 1 b a (8.6) che, supponendo a > b, graficamente possiamo rappresentare nel diagramma di figura

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27 A APPENDICE A: ELENCO NORME UNI ED EUROCODICI Codice UNI 9504 UNI EN 1075 UNI EN UNI EN 1195 UNI EN UNI EN UNI EN 1380 UNI EN 1381 UNI EN 1382 UNI EN 1383 UNI EN Titolo Procedimento analitico per valutare la resistenza al fuoco degli elementi costruttivi di legno. Strutture di legno - Metodi di prova - Giunti realizzati con elementi di collegamento di lamiera metallica punzonata Strutture di legno - Legno lamellare incollato - Classi di resistenza e determinazione dei valori caratteristici Strutture di legno - Metodi di prova - Comportamento di assiti portanti di solai Adesivi per strutture portanti in legno - Adesivi caseinici - Classificazione e requisiti prestazionali Strutture di legno - Metodi di prova - Prove cicliche di giunti realizzati con elementi meccanici di collegamento Strutture di legno - Metodi di prova - Giunti strutturali eseguiti mediante chiodi, viti, spinotti o caviglie e bulloni Strutture di legno - Metodi di prova - Giunti strutturali eseguiti mediante graffe Strutture di legno - Metodi di prova - Resistenza all estrazione di elementi meccanici di collegamento per legno Strutture di legno - Metodi di prova - Resistenza all attraversamento della testa di elementi meccanici di collegamento per legno Strutture di legno - Legno strutturale con sezione rettangolare classificato secondo la resistenza - Parte 1: Requisiti generali 351

28 Appendice A - Elenco norme Uni ed Eurocodici UNI EN UNI EN UNI EN Strutture di legno - Legno strutturale con sezione rettangolare classificato secondo la resistenza - Parte 2: Classificazione a macchina - Requisiti aggiuntivi per le prove iniziali di tipo Strutture di legno - Legno strutturale con sezione rettangolare classificato secondo la resistenza - Parte 3: Classificazione a macchina - Requisiti aggiuntivi per il controllo della produzione in fabbrica Strutture di legno - Requisiti di prodotto per elementi strutturali prefabbricati assemblati con elementi di collegamento di lamiera metallica punzonata UNI EN Strutture di legno - Calcolo dei valori caratteristici 5- percentile e criteri di accettazione per un campione UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN Strutture di legno - Connettori - Requisiti Strutture di legno - Elementi di collegamento di forma cilindrica - Requisiti Strutture di legno - Metodi di prova - Determinazione della resistenza all estrazione di elementi di collegamento di lamiera metallica punzonata, durante la movimentazione e la messa in opera di capriate prefabbricate Strutture di legno - Metodi di prova - Determinazione della coppia resistente, durante l avvitamento delle viti UNI EN Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - Parte 1-1: Regole generali - Regole comuni e regole per gli edifici UNI EN Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l incendio UNI EN Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - Parte 2: Ponti EC Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - UNI EN Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l incendio (Errata corrige 1) 352

29 Appendice A - Elenco norme Uni ed Eurocodici EC Eurocodice 5 - Progettazione delle strutture di legno - UNI EN Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l incendio (Errata corrige 2) UNI ENV UNI EN UNI EN 301 UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN UNI EN 380 Eurocodice 8 - Progettazione delle strutture per la resistenza sismica - Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici Strutture di legno. Assemblaggi realizzati tramite elementi meccanici di collegamento. Principi generali per la determinazione delle caratteristiche di resistenza e deformabilità. Adesivi fenolici e amminoplastici per strutture portanti di legno - Classificazione e requisiti prestazionali Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 1: Determinazione della resistenza del giunto al taglio a trazione longitudinale Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 2: Determinazione della resistenza alla delaminazione Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 3: Determinazione dell effetto dell attacco acido alle fibre del legno, dovuto ai trattamenti ciclici di temperature e di umidità, sulla resistenza alla trazione trasversale Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 4: Determinazione dell effetto del ritiro del legno sulla resistenza a taglio Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 6: Determinazione del tempo di pressatura convenzionale Adesivi per strutture portanti di legno - Metodi di prova - Parte 7: Determinazione del tempo di lavoro convenzionale Strutture di legno. Metodi di prova. Principi generali per le prove con carico statico. 353

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31 C APPENDICE C: ESEMPIO DI DICHIARAZIONE DI PRESTAZIONE 367