Diapositiva 1 - Gruppo Forest

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LA MIA CASA SARÀ IN LEGNO
…..…Oggi sappiamo perché!
By EPL & FMS Novembre 2014
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
LE SPECIE LEGNOSE
•
-
CONIFERE:
ABETE (ROSSO E BIANCO)
LARICE
DOUGLASIA
PINO
•
-
LATIFOGLIE:
CASTAGNO
QUERCIA (ROVERE, CERRO, FARNIA)
ROBINIA
PIOPPO*
STRUTTURA INTERNA DI UN TRONCO
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
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)
DIFETTI DEL LEGNO:
• NODI (rami inclusi)
DIFETTI DEL LEGNO:
• CIPOLLATURE (distacco tra due anelli annuali)
DIFETTI DEL LEGNO:
• DEVIAZIONE FIBRATURE (spiralate o dovute al vento)
DIFETTI DEL LEGNO:
• FESSURE DA RITIRO (per variazione di condizioni igrometriche)
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
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).
LEGNO MASSICCIO
TRAVE USO TRIESTE
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.
LEGNO MASSICCIO
TRAVE USO TRIESTE
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.
LEGNO MASSICCIO
TRAVE SPIGOLO VIVO
Si ottiene con taglio parallelo all’asse longitudinale dell’elemento
LEGNO MASSICCIO (INGEGNERIZZATO)
TRAVI KVH
Travi in legno massiccio squadrato con giunto a pettine incollato (Finger
Joint) in modo da ottenere elementi di maggior lunghezza.
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.
PANNELLI A BASE LEGNO
OSB
È costituito da tranciati (strand) ottenuti da pezzi di scarto di lavorazione di
lunghezza 60-150 mm, larghezza 10-35 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.
COMPENSATO
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.
X-LAM
Si ottiene per sovrapposizione di tavole (in genere di spessore 2-3-4 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.
• Legno Lamellare: (UNI EN 1194)
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.9.8.2 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»
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
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)
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)
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
COMBINAZIONI DI CALCOLO:
Combinazione SLU
Combinazione SLE Rara
Combinazione SLE frequente
Combinazione SLE quasi permanente
Combinazione SLU e SLE Sismica
Combinazione SLU Eccezionale
Dove:
- Ψ0 : Coeff. di combinazione raro
- ψ1 : Coeff. di combinazione
frequente
- ψ2 : Coeff. di combinazione quasi
permanente
RESISTENZA DI CALCOLO:
Dove:
è la resistenza di calcolo dell’elemento o del collegamento
Dove:
coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di
resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità della struttura. Le
resistenze Xk 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 kmod che
corrisponde all’azione di minor durata.
Classi di servizio del legno:
Classi di durata del carico:
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.
Dove:
è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale.
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
VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI
VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ULTIMI
VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO
NTC par. 4.4.7
- 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.
Controllo delle deformazioni:
ufin = uin + udif
uin
deformazione istantanea o iniziale
- valori medi dei moduli elastici (E0,mean, E90,mean, Gmean)
ufin
deformazione a lungo termine
- valori medi dei moduli elastici ridotti del fattore 1/(1+kdef)
- kdef tiene conto dell’aumento della deformabilità x effetto combinato
di viscosità e contenuto d’acqua del materiale
Esempio: Legno massiccio in opera con umidita del 12%:
Classe 1 1/(1+kdef) = 0.625
Classe 2 1/(1+kdef) = 0.555
Classe 3 1/(1+kdef) = 0.333
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+kdef) = 0.278
Classe 2 1/(1+2+kdef) = 0.263
Classe 3 1/(1+2+kdef) = 0.200
In classe 3 si ha una riduzione di E di circa il 80%
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.
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
ft/fm
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.
CNR DT206/07 – Par. 6.4.1
Secondo un approccio semplificato, la deformazione finale ufin, relativa ad una
certa condizione di carico, si può valutare come:
ufin = uin + udif
uin
è la deformazione iniziale (istantanea),
riferimento alla combinazione di carico rara;
udif
è la deformazione differita
attraverso la relazione:
udif = u’in ·kdef
che
può
calcolata
essere
con:
u’in
è la deformazione iniziale (istantanea), calcolata
riferimento alla combinazione di carico quasi
permanente;
kdef
è il coefficiente riportato nella Tabella 4.4V (NTC)
con
valutata
CNR DT206/07 – Par. 6.4.1
La freccia netta istantanea di un elemento inflesso, unet, è data da:
unet = u1 + u2- u0
dove:
u0
u1
u2
è la controfreccia (qualora presente);
è la freccia dovuta ai soli carichi permanenti;
è la freccia dovuta ai soli carichi variabili.
CNR DT206/07 – Par. 6.4.1
- Limiti per la freccia istantanea dovuta ai soli carichi variabili:
u2,in < L/300 combinazione carico rara per i soli carichi variabili:
- Limiti per la freccia finale:
unet,fin < L/250 da carico:
e comunque:
u2,fin < L/200 da carico:
ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLU)
GEOMETRIA:
L = 5.0 m
i = 0.8 m
B = 140 mm
H = 240 mm
A = bh = 33.600 mm2
W = bh2/6 = 1.344.667 mm3
J= bh3/12 = 161.280.000 mm4
MATERIALE:
CARICHI:
Abete Lamellare GL24h
Classe di servizio 1
Classe durata carico:
- Permanente
kmod=0,6
- Media kmod=0,8
Gk=2,5 kN/mq
Qk=2,0 kN/mq
gk=2,0 kN/m
qk=1,6 kN/m
Comb. Quasi permanente:
𝑘𝑚𝑜𝑑 𝑓𝑚,𝑘
fm,0,d1=
𝛾𝑚
𝑘𝑚𝑜𝑑 𝑓𝑣,𝑘
fv,d1=
𝛾𝑚
=
0,8∙24
= 13,24MPa
1,45
0,8∙2,7
= 1,49MPa
1,45
=
COMBINAZIONE 1:
pd1= 𝜸𝒈 𝒈𝒌 + 𝜸𝒒 𝒒𝒌
= 1,3 ∙ 2,00 + 1,5 ∙ 1,60=5 kN/m
Momento flettente:
𝑝𝑑1 𝐿2
Mc1=
8
𝑀𝑐1
σ𝑚0𝑑 =
𝑊
=15,6 kNm
=11,62 kNm< fm,0,d1=13,24 MPa VERIFICATO
Taglio:
𝑝𝑑1 𝐿
=12,5 kN
2
𝑉
τ𝑑 =1,5 𝑐1 =0,56< fv,d1=1,49
𝐴
Vc1=
MPa VERIFICATO
𝑘𝑚𝑜𝑑 𝑓𝑚,𝑘
fm,0,d1=
𝛾𝑚
𝑘𝑚𝑜𝑑 𝑓𝑣,𝑘
fv,d1=
𝛾𝑚
=
0,6∙24
= 9,93MPa
1,45
0,6∙2,7
= 1,12MPa
1,45
=
COMBINAZIONE 2:
pd1= 𝜸𝒈 𝒈𝒌
= 1,3 ∙ 2,00=2,6 kN/m
Momento flettente:
𝑝𝑑1 𝐿2
Mc1=
8
𝑀𝑐1
σ𝑚0𝑑 =
𝑊
=8,1 kNm
=6,05 kNm< fm,0,d1=9,93 MPa VERIFICATO
Taglio:
𝑝𝑑1 𝐿
=6,5 kN
2
𝑉
τ𝑑 =1,5 𝑐1 =0,29< fv,d1=1,12
𝐴
Vc1=
MPa VERIFICATO
ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLE)
PROPRIETÀ:
E0,mean=11.600 MPa
E0,05=9.400 MPa
Gmean=7.200 MPa
CALCOLO DELLA FRECCIA:
kdef=0,6
5
𝑔𝑘 𝐿4
u1in=
384 𝐸0𝑚𝑒𝑎𝑛 𝐽
5
𝑞𝑘 𝐿4
u2in=
384 𝐸0𝑚𝑒𝑎𝑛 𝐽
+
1 𝑔𝑘 𝐿2
8 𝐺𝑚𝑒𝑎𝑛 𝐴
=8,70+0,26=8,96 mm
+
1 𝑞𝑘 𝐿2
8 𝐺𝑚𝑒𝑎𝑛 𝐴
=6,96+0,21=7,17 mm
unet,fin=u1fin+u2fin=u1in(1+kdef)+u2in(1+ψ2kdef)=14,33+8,46=22,79 mm
u2in/ L=1/698 < 1/300
VERIFICATO
Unet,fin/ L=1/220 < 1/250
NON VERIFICATO
U2fin/ L=1/592 < 1/200
VERIFICATO
OGGI SAPPIAMO PERCHE’!
GRAZIE
Ing. Pierluigi Evangelista
338.5736466
[email protected]
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FMS
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