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By EPL & FMS Novembre 2014

LA MIA CASA SARÀ IN LEGNO

…..…Oggi sappiamo perché!

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

- parallela alle fibre // - longitudinale (L) - ortogonale alle fibre ┴ - radiale (R ) - tangenziale (T o C)

(Proprietà meccaniche funzione dell’orientazione delle fibre)

Legno materiale ortotropo



DIFETTI DEL LEGNO:

• NODI (rami inclusi)



• 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)

DIFETTI DEL LEGNO:



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

Si ottiene da tronchi scortecciati, squadrati e smussati su tutte e quattro le facce per tutta la lunghezza seguendo la conicità del legno (sezione tronco-conica che segue la naturale rastremazione del tronco) ed intaccando solo superficialmente le fibre. Si raggiungono luci anche di 10 m con un solo tronco.



TRAVE USO TRIESTE

LEGNO MASSICCIO

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.



TRAVE USO TRIESTE

LEGNO MASSICCIO

Si ottiene con taglio parallelo all’asse longitudinale dell’elemento



TRAVE SPIGOLO VIVO

LEGNO MASSICCIO (INGEGNERIZZATO)

Travi in legno massiccio squadrato con giunto a pettine incollato (Finger Joint) in modo da ottenere elementi di maggior lunghezza.



TRAVI KVH

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

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.



OSB


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.



COMPENSATO


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.



X-LAM


• 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

- 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)

- D.M. 14/01/2008 (NORME TECNICHE per le COSTRUZIONI)



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.

L’analisi strutturale è condotta tenendo conto dei seguenti aspetti:

ANALISI STRUTTURALE

- 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.




è il coefficiente parziale di sicurezza del materiale.

Dove:




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 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.




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), calcolata con riferimento alla combinazione di carico rara; udif è la deformazione differita che può essere valutata attraverso la relazione: udif = u’in ·kdef

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)

CNR DT206/07 – Par. 6.4.1




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 è la controfreccia (qualora presente); u1 è la freccia dovuta ai soli carichi permanenti; u2 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: Abete Lamellare GL24h Classe di servizio 1 Classe durata carico: - Permanente kmod=0,6 - Media kmod=0,8

CARICHI: Gk=2,5 kN/mq Qk=2,0 kN/mq gk=2,0 kN/m qk=1,6 kN/m Comb. Quasi permanente:




COMBINAZIONE 1: pd1= 𝜸𝒈𝒈𝒌 + 𝜸𝒒𝒒𝒌 = 1,3 ∙ 2,00 + 1,5 ∙ 1,60=5 kN/m

Momento flettente:

Mc1=𝑝𝑑1𝐿2

8=15,6 kNm

σ𝑚0𝑑=𝑀𝑐1

𝑊=11,62 kNm< fm,0,d1=13,24 MPa VERIFICATO

Taglio:

Vc1=𝑝𝑑1𝐿

2=12,5 kN

τ𝑑=1,5𝑉𝑐1

𝐴=0,56< fv,d1=1,49 MPa VERIFICATO

fm,0,d1=𝑘𝑚𝑜𝑑𝑓𝑚,𝑘

𝛾𝑚=

0,8∙24

1,45= 13,24MPa

fv,d1=𝑘𝑚𝑜𝑑𝑓𝑣,𝑘

𝛾𝑚=

0,8∙2,7

1,45= 1,49MPa




COMBINAZIONE 2: pd1= 𝜸𝒈𝒈𝒌 = 1,3 ∙ 2,00=2,6 kN/m

Momento flettente:

Mc1=𝑝𝑑1𝐿2

8=8,1 kNm

σ𝑚0𝑑=𝑀𝑐1

𝑊=6,05 kNm< fm,0,d1=9,93 MPa VERIFICATO

Taglio:

Vc1=𝑝𝑑1𝐿

2=6,5 kN

τ𝑑=1,5𝑉𝑐1

𝐴=0,29< fv,d1=1,12 MPa VERIFICATO

fm,0,d1=𝑘𝑚𝑜𝑑𝑓𝑚,𝑘

𝛾𝑚=

0,6∙24

1,45= 9,93MPa

fv,d1=𝑘𝑚𝑜𝑑𝑓𝑣,𝑘

𝛾𝑚=

0,6∙2,7

1,45= 1,12MPa



ESEMPIO: TRAVE SOLAIO (SLE)

CALCOLO DELLA FRECCIA: kdef=0,6

u1in=5

384

𝑔𝑘𝐿4

𝐸0𝑚𝑒𝑎𝑛𝐽+

1

8

𝑔𝑘𝐿2

𝐺𝑚𝑒𝑎𝑛𝐴=8,70+0,26=8,96 mm

u2in=5

384

𝑞𝑘𝐿4

𝐸0𝑚𝑒𝑎𝑛𝐽+

1

8

𝑞𝑘𝐿2

𝐺𝑚𝑒𝑎𝑛𝐴=6,96+0,21=7,17 mm

unet,fin=u1fin+u2fin=u1in(1+kdef)+u2in(1+ψ2kdef)=14,33+8,46=22,79 mm

PROPRIETÀ: E0,mean=11.600 MPa E0,05=9.400 MPa Gmean=7.200 MPa

u2in/ L=1/698 < 1/300 VERIFICATO

U2fin/ L=1/592 < 1/200 VERIFICATO

Unet,fin/ L=1/220 < 1/250 NON VERIFICATO



By FMS Ottobre 2012


OGGI SAPPIAMO PERCHE’!

GRAZIE

Ing. Pierluigi Evangelista 338.5736466

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