strutture in legno i aggiornamento 13/01/2013 · corso di costruzioni edili prof. ing. francesco...

Sussidi didattici per il corso di COSTRUZIONI EDILI

Prof. Ing. Francesco Zanghì

STRUTTURE IN LEGNO I

AGGIORNAMENTO 13/01/2013

Corso di COSTRUZIONI EDILI Prof. Ing. Francesco Zanghì

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CONIFERE (essenze resinose)

Sono alberi che vivono in alta montagna. CONIFERA = che porta i coni cioè le pigne. Sono chiamate anche AGHIGOFLIE perché hanno foglie sottili e appuntite come aghi. Sono sempreverdi (ricambio di aghi continuo).

Abete

Larice

Cipresso

Sequoia

Cedro

Pino

Leccio

Tasso


3

LATIFOGLIE (essenze non resinose, forti e dolci)

Sono alberi che vivono in pianura, collina o bassa montagna. LATIFOGLIA = a foglia larga. Sono chiamate anche CADUCIFOGLIE perché le foglie cadono ogni anno.

Noce

Castagno

Pioppo bianco

Rovere

Betulla

Ciliegio selvatico

Tiglio

Faggio


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Il legno è leggero, perché il suo peso specifico è < 5 kN/m³, contro, ad esempio, i 25 del cemento armato e i 78 dell'acciaio. Ha buone capacità di resistenza non solo alla compressione ma anche alla trazione, tuttavia, essendo un materiale non omogeneo e non isotropo, il suo comportamento meccanico dipende dall’inclinazione dello sforzo rispetto alle fibre. Il peso del calcestruzzo è circa 6 volte superiore a quello del legno, ma praticamente ha la stessa resistenza a compressione:

MPafmkN ckcls 25/24 3 =⇒=γ MPafmkN cklegno 24/8.3 3 =⇒=γ

I possibili tipi di taglio influenzano la qualità del materiale e il suo comportamento in caso di ritiro e rigonfiamento. Rischio di fessurazione: MOLTO ALTO ALTO LIMITATO Il legno e più rigido e più resistente per sollecitazioni orientate parallelamente alla fibratura.


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LEGNO MASSICCIO

Per legno massiccio s'intendono quei prodotti di legno la cui struttura e composizione hanno subito, rispetto alla materia prima "legno tondo", soltanto leggere modifiche. Generalmente si procede solo alle fasi di lavorazione segagione e stagionatura naturale oppure segagione, essicazione, piallatura e, in casi specifici, incollaggio. Dalla materia prima "legno tondo", si ricavano, quindi, principalmente prodotti di legno massiccio a prevalente sviluppo longitudinale. LEGNO MASSICCIO MH® Il marchio MH assicura il rispetto di requisiti di qualità (umidità, estetica, ecc.) che vanno oltre i requisiti minimi delle norme di riferimento. Il tasso di umidità del legno è un criterio di qualità per il prodotto di legno massiccio MH®; esso non deve superare il 18-20%. Rispetto al kVH potrebbe mostrare qualche fessura in più. LEGNO MASSICCIO DA COSTRUZIONE KVH® Per legno massiccio da costruzione, a cui viene usualmente associato il prodotto dal marchio registrato KVH®, si indica il legname squadrato da conifera, essiccato artificialmente, piallato e classificato secondo la resistenza, ottenuto da taglio cuore spaccato o fuori cuore. Rispetto al legname squadrato convenzionale, esso deve soddisfare criteri di classificazione più restrittivi. Mediante il giunto a pettine è possibile ottenere elementi di maggior lunghezza. Il tasso d'umidità deve essere del 15% (+/-3%).


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CLASSE DI RESISTENZA

Conformemente alla UNI EN 338, la classificazione del legno massiccio strutturale può effettuarsi attraverso delle classi di resistenza che esprimono la resistenza a flessione dell’elemento in N/mm2.

LEGNO MASSICCIO DI CONIFERE E PIOPPO La classe di resistenza di maggior uso commerciale e il C24 ma sono spesso utilizzate anche le classi C16 e il C30. La classificazione della UNI EN 338 fa distinzione solo tra le Conifere (e Pioppo) e le Latifoglie. Pertanto, se non diversamente specificato, potremmo avere nella stessa fornitura travi C24 di specie diversa; douglasia, abete, pino, ecc). I legni disponibili in commercio raramente superano la classe C30.


7

LEGNO MASSICCIO DI LATIFOGLIE (escluso PIOPPO)


8

LEGNO LAMELLARE (omogeneo “h” – composto “c”)

La classe di resistenza di maggior uso commerciale e la GL24h ma sono spesso utilizzate anche le classi GL24c e il GL28h. Classi ad elevata resistenza non sono molto utilizzate in quanto, nelle travi inflesse l’elemento determinante la sezione non e la resistenza ma la deformazione, che dipende dal modulo di elasticità. Quest’ultimo, nel passare da una classe a quella superiore si incrementa di poco.


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CLASSE DI SERVIZIO

Le classi di servizio sono legate alle condizioni termoigrometriche dell'ambiente in cui è inserito un elemento strutturale a base di legno e sono quindi legate al contenuto di acqua all'interno del materiale.

CLASSE 1: Elementi protetti contro le intemperie come quelli posti all’interno degli edifici in ambienti condizionati. CLASSE 2: Elementi posti all’esterno degli edifici ma protetti, almeno parzialmente, dalle intemperie e dall’irraggiamento solare diretto. CLASSE 3: Elementi posti all’esterno degli edifici direttamente esposti alle intemperie. Classificazione in base alle dimensioni


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Travi RETTANGOLARI in legno massiccio da costruzione (KVH) (dimensioni tipiche)

Travi RETTANGOLARI in legno massiccio da costruzione(KVH) con giunti longitudinali a pettine - (dimensioni tipiche)


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Travi DUO e TRIO

Le travi Duo e Trio sono costituite da 2 o 3 elementi di legname squadrato o tavoloni, essiccati artificialmente, classificati secondo la resistenza e successivamente incollati sui lati lunghi; da questo procedimento risulta un legno massiccio dalle caratteristiche tecniche ben definite, di ottima qualità e con una ridotta tendenza a fessurarsi.


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Lamellare

Il legno lamellare nasce dall’applicazione di due tecniche: la lamellazione e l’incollaggio. Questa combinazione, ovviando al problema delle limitazioni dimensionali imposti dai busti arborei, consente di estendere le possibilità di applicazione del legno in ogni campo delle costruzioni a livelli virtualmente illimitati.


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Tipologie strutturali in L.L. (GR sistemi)

Sistema Statico Descrizione Inclinazione L (m) Altezze H

trave parallela o poco inclinata a doppia pendenza

< 5° < 40 H ~ L/17

trave su due appoggi a doppia pendenza 3 - 10° 10 - 40

H0 ~ L/30

H1 ~ L/16

trave inflessa con curvatura a due falde a doppia pendenza

3 - 15° 10 - 30 H0 ~ L/30

H1 ~ L/16

trave rastremata 3 - 10° 10 - 40 H0 ~ L/30

H1 ~ L/16

trave curva su due appoggi - 10 - 40 H ~ L/17

trave a sbalzo con tirante verticale

< 10° < 30 H ~ L/10


14

trave a sbalzo con tirante inclinato < 10° < 30 H ~ L/10

Portale a tre cerniere > 14° 10 - 60 H ~ L/30

trave a sbalzo con rastremazione

< 10° < 30 H ~ L/10

Portale a tre cerniere con montante

scomposto in tirante e puntone

> 14° 10 - 45 H1 ~ (S1+S2)/15

Portale a tre cerniere a sezione variabile

> 14° 15 - 60 H1 ~ (S1+S2)/15


15

Capriate a tre cerniere con tirante >14° 5 - 50 H ~ L/40

Arco a tre cerniere f/L > 0,144 20 - 100 H ~ L/50

Portale a tre cerniere con giunto d' angolo

a rosa > 14° 10 - 30 H1 ~ (S1+S2)/13

Portale a tre cerniere con montante scomposto

> 14° 10 - 40 H1 ~ (S1+S2)/14

trave a più campate 0° 10 - 40 H ~ L/20

Capriata reticolare a correnti paralleli

0° 30 - 80 H ~ L/12

Capriata a struttura reticolare triangolare > 10° 30 - 80 H ~ L/8


16

CARATTERISTICHE MECCANICHE Il valore di calcolo Xd di una proprietà del materiale viene calcolato mediante la relazione:

M

kd

XkX

γ

⋅= mod

Xd = valore di progetto della proprietà del materiale;

Xk = valore caratteristico della proprietà del materiale;

kmod = coefficiente che tiene conto della CLASSE DI DURATA DEL CARICO e della CLASSE DI SERVIZIO;

γM = coefficiente parziale di sicurezza relativo al tipo di materiale.


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TRAZIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA

h

M

ktSd kfk

A

N⋅

⋅≤=

γσ ,0,mod

La verifica di un elemento soggetto a trazione semplice assiale, in direzione parallela alla fibratura, risulta soddisfatta quando la tensione di calcolo a trazione risulta minore o uguale al valore della resistenza di calcolo.

Le verifiche di resistenza si traducono, quindi, in semplici verifiche tensionali.

kh è un coefficiente che incrementa la resistenza in funzione del lato maggiore della sezione Lmax:

= 3.1;

150min

2

hkh se Lmax < 15 cm

= 1.1;

600min

2

hkh se Lmax < 60 cm

legno massiccio legno lamellare

COMPRESSIONE PERPENDICOLARE ALLA FIBRATURA

M

kcSdfk

A

N

γσ ,90,mod ⋅

≤=


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COMPRESSIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA+INSTABILITÁ

M

kcccritSdfkk

A

N

γσ ,0,mod, ⋅⋅

≤=

Si definisce SNELLEZZA ( λ ) il rapporto tra la lunghezza libera di inflessione ( lo ) e il

raggio minimo di inerzia della sezione (= semiasse minore dell’ellisse centrale d’inerzia).

Nota λ, si calcola la snellezza relativa:

Se λrel,c ≤ 0.3 si assume kcrit,c = 1

Se λrel,c > 0.3 si calcola il coefficiente ( )

2

3.01 ,2

, crelcrelck

λλβ +−+= βc = coefficiente di imperfezione

(0.2 per legno massiccio; 0.1 per legno lamellare)

Il coefficiente riduttivo necessario per tenere conto dell’instabilità per carico di punta si valuta come:

crel

ccrit

kkk

,22

,

1

λ−+=

05,0

,0,

,E

f kc

crelπ

λλ =

A

Ji minmin =

min

0

i

l=λ


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ESEMPIO N°1

Con riferimento alla capriata all’italiana (o alla palladio) in figura, progettare il monaco, il saettone e il dormiente sapendo che i relativi sforzi di progetto sono: Nm=+25 kN, Ns=-30 kN e Nd=60 kN. La capriata è realizzata in legno massiccio di conifera, con classe di resistenza C24. Si considerino i carichi di lunga durata. Interasse capriate = 3.00 m.

Caratteristiche dei materiali Legno massiccio di conifere C4:

Resistenza caratteristica a compressione parallela alla fibratura: fc,0,k = 21 MPa

Resistenza caratteristica a compressione perpendicolare alla fibratura: fc,90,k = 2.5 MPa

Resistenza caratteristica a trazione parallela alla fibratura: ft,0,k = 14 MPa

Modulo elastico caratteristico parallelo alle fibre: E0,0,5 = 7400 MPa

Coefficiente correttivo per carichi di media durata e classe di servizio 2: kmod = 0.70

Coefficiente parziale di sicurezza per legno massiccio: γM = 1.50


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Predimensionamento degli elementi strutturali

Dalla tabella di predimensionamento relativa alle capriate composte, cioè con saettoni, si ricava, per interasse pari a 3.00 m, luce compresa tra 7.00 e 8.00 m, e coperture medie:

Puntoni: 14x18 cm Saettoni e monaco: 14x14 cm Catena: 14x21cm

Si noti che è opportuno adottare la stessa larghezza per i diversi elementi affinché le loro superfici laterali giacciano sullo stesso piano.

Verifica a trazione parallela alla fibratura del MONACO

2127.0

196

25

1414

25

cm

kN==

⋅=σ

Poiché la dimensione maggiore della sezione è 14<15 cm, la resistenza può essere amplificata secondo il coefficiente:

[ ] 15.13.1;15.1min3.1;140

150min3.1;

150min

22

==

=

=

hkh

2

,0,mod

,0, 75.015.150.1

4.170.0

cm

kNk

fkf h

M

kt

dt =⋅⋅

=⋅⋅

=γ

dtf ,0,<σ VERIFICA POSITIVA


21

Verifica a compressione parallela alla fibratura del SAETTONE

Il saettone si considera incernierato agli estremi pertanto l0=l=1.50 m.

43

min 320112

1414cmJ =

⋅= ⇒ cm

A

Ji 04.4

196

3201minmin === ⇒ 12.37

04.4

150==λ

3.063.07400

2112.37

05,0

,0,

, >===ππ

λλ

E

f kc

crel ⇒ ( ) ( )

731.02

63.03.063.02.01

2

3.01 2,

2

, =+−+

=+−+

=crelcrelc

kλλβ

90.063.0731.0731.0

11

22,

22, ≈

−+=

−+=

crel

ccrit

kkk

λ

Tensione di progetto a compressione:

2153.0

196

30

cm

kN==σ

Resistenza compressione parallela alla fibratura:

2

,0,mod,

,0, 882.05.1

1.270.090.0

cm

kNfkkf

M

kcccrit

dc =⋅⋅

=⋅⋅

=γ

dcf ,0,<σ VERIFICA POSITIVA


22

Progetto a compressione perpendicolare alla fibratura del DORMIENTE

Assegniamo al dormiente spessore 10 cm e larghezza pari a 25 cm. La resistenza a compressione in direzione perpendicolare alla fibratura vale:

2

,90,mod

,90, 117.05.1

25.07.0

cm

kNfkf

M

kc

dc =⋅

=⋅

=γ

Poiché la distribuzione della tensione di compressione all’appoggio ha andamento triangolare, il carico totale agente di 60 kN equivale al volume totale del prisma triangolare, cioè:

max

max

2

2 σσ

NAN

A=⇒=⋅

Ponendo σmax = fc,90,d si ricava:

2

,90,

1026117.0

1202cm

f

NA

dc

≈== cmx 04.4125

1026==⇒

Le dimensioni del dormiente saranno, dunque, 25x10x45 cm.


23

TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DELLE CAPRIATE SEMPLICI (per luci fino a 7.00 m)

TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DEGLI ARCARECCI


24

TABELLA PER IL PREDIMENSIONAMENTO DELLE CAPRIATE COMPOSTE (per luci da 7.00 a 14.00 m)


25

Fonti

• D. M. Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G.U. 4 febbraio 2008 n. 29 - Suppl. Ord.)

Norme tecniche per le Costruzioni” • Circolare 2 febbraio 2009 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (G.U. 26 febbraio 2009 n. 27 –

Suppl. Ord.) “Istruzioni per l'applicazione delle 'Norme Tecniche delle Costruzioni' di cui al D.M. 14 gennaio 2008”.

• U.Alasia – M.Pugno – Corso di Costruzioni 4 – SEI 2010 • Corso di aggiornamento professionale “Progettazione di strutture in legno massiccio e lamellare secondo le NTC 2008”

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Pistoia – L.Negro - Legnopiù • G.Schickhofer , A. Bernasconi, G.Traetta - I prodotti di legno per la costruzione – promo legno • http://www.grsistemi.net/ • http://www.sistem.it/

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