IL LEGNO COME MATERIALE STRUTTURALE E … Prof. Ing. Bruno Calderoni - D.I.ST. – Università di...
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1/39 Prof. Ing. Bruno Calderoni - D.I.ST. – Università di Napoli Federico II Parte 2: IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEL LEGNO 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
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1/39 Prof. Ing. Bruno Calderoni - D.I.ST. – Università di Napoli Federico II
Parte 2: IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEL LEGNO
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
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ROTTURA FRAGILE
ROTTURA DUTTILE
0.6-0.7 %
0.8-1.2 % 0.4 %
80-100 MPa
40-50 MPa
1-2 MPa
4-5 MPa
parallela alla fibratura
ortogonale alla fibratura
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)
Legno NETTO sollecitato a trazione e
compressione
3/39
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)
4/39
Le caratteristiche meccaniche del legno
La rottura a compressione di
provini di legno netto
5/39
0
20
40
60
80
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1
ε11
σ11
[MPa]
La prova a compressione assiale parallela alla fibratura
Il diagramma σ-ε sperimentale
Le caratteristiche meccaniche del legno
Il provino prima e dopo la prova
6/39
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
7/39
0
5
10
15
20
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ε22
σ22 [MPa]
La prova a compressione assiale ortogonale alla fibratura in direzione radiale
Il provino prima e dopo la prova
Il diagramma σ-ε
Le caratteristiche meccaniche del legno
8/39
0
5
10
15
20
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
ε33
σ33 [MPa]
Le caratteristiche meccaniche del legno
La prova a compressione assiale ortogonale alla fibratura in direzione tangenziale
Il provino prima e dopo la prova
Il diagramma σ-ε sperimentale
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il provino di legno netto dopo la prova
Il diagramma σ-ε sperimentale
La rottura a trazione parallela alla fibratura
10/39
Le caratteristiche meccaniche del legno
La trazione ortogonale alla fibratura (trasversale)
La rottura è fragile ed improvvisa con valori molto
bassi di resistenza
Il provino di legno netto dopo la prova
MPa
MPa
11/39
Il carico inclinato rispetto alla fibratura
Il cerchio di Mohr e la curva di Hankinson
Compressione
Trazione
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Legno STRUTTURALE (in dimensioni d’uso) sollecitato a trazione e compressione
° ° °
40-50 MPa
0.5-0.7 MPa 2-5 MPa
Compr.: elasto-plastico
Trazione: elasto-fragile
40-50 MPa
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Legno STRUTTURALE sollecitato a trazione parallela alle fibre
L’influenza dei difetti sulla resistenza a trazione
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La rottura a trazione (fragile) avviene sempre in corrispondenza dei difetti
Le caratteristiche meccaniche del legno
Legno STRUTTURALE sollecitato a trazione parallela alle fibre
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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
Vo = 0.01 m3
1/k = 0.2
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Legno STRUTTURALE
Trazione e flessione parallele alla fibratura
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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
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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
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Legno STRUTTURALE sollecitato a compressione ortogonale alle fibre
L’influenza della larghezza della zona caricata – Carichi concentrati
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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)
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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
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Table 2. Main dimensions of tested specimens. cross section
Specimen span
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
Prove di rottura a flessione su provini di legno NETTO
Lo schema della prova Le dimensioni dei provini
L’elemento ligneo prima della prova
La rottura del provino in zona tesa
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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
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-90
-45
0
45
90
-1,00% -0,50% 0,00% 0,50% 1,00%
ε
σ[MPa]sp A
sp B
sp C
0
0,5
1
1,5
2
0 45 90 135σt [Mpa]
M/My
sp A
sp Bsp C
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
My= M (σc=σco=45 MPa)
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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 fm= M/W
è in genere >= di quella a compressione
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Prove a flessione su travi REALI di castagno
I difetti tipici Gli schemi delle prove
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Prove a flessione su travi REALI di
castagno
I diagrammi
M/My – Δ/Δy
Le tensioni di flessione a rottura
I risultati
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Le caratteristiche meccaniche del
legno
La resistenza a flessione composta
Il dominio di resistenza
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Le caratteristiche meccaniche del legno
La resistenza a taglio in direzione parallela alla fibratura
La rottura a taglio è in genere di tipo fragile
La rottura avviene per scorrimento in corrispondenza degli anelli di accrescimento
Non si formano lesioni diagonali
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Table 4. Main dimensions of tested specimens. cross section
Specimen span L [mm] width b
[cm] depth h
[cm] A 180 2.37 2.40
B 180 2.40 2.40
C 180 2.38 2.40
D 180 2.30 2.40
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
La rottura del provino a taglio con scorrimento
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Prove a taglio su provini di legno
NETTO
I diagrammi
M/My – Δ
Le tensioni di taglio a rottura
I risultati
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Le caratteristiche meccaniche del legno
La resistenza a taglio per il legno STRUTTURALE
L’influenza dei difetti sulla resistenza a taglio
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Le caratteristiche meccaniche del legno
La resistenza a taglio per legno STRUTTURALE
το, th
τ o
-12-9-6-30369
12
0 2 4 6 8τ [MPa]
y [cm]
actual sec.eq. circ. sec.
το, th τ o
-12
-9
-6
-3
0
3
6
9
12
0 2 4 6 8τ [MPa]
y [cm]
actual sec.
eq. circ. sec.
το, th
τ o
-12-9-6-30369
12
0 2 4 6 8τ [MPa]
y [cm]
actual sec.eq. circ. sec.
το, th τ o
-12-9-6-30369
12
0 2 4 6 8τ [MPa]
y [cm]
actual sec.eq. circ. sec.
I diagrammi delle τ nelle travi reali
rottura a taglio
rottura a taglio rottura a taglio
rottura a flessione
τo = resistenza a taglio per legno
NETTO
τo,th = resistenza a taglio per legno STRUTTURALE
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Le classi di resistenza dell’EN 338 (Legno strutturale – Classi di resistenza)
I profili prestazionali
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il comportamento deformativo
IL CREEP nel legno
udiff = ufin - uinst
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il comportamento deformativo
I fattori che influenzano il CREEP del legno
L’umidità e le variazioni di umidità
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il comportamento deformativo
I fattori che influenzano il CREEP del legno
Il livello di tensione
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il comportamento deformativo
Ufin = uinst x (1 + Kdef)
Legno massiccio e legno lamellare
Classe di servizio 1 2 3
O,60 0,80 2,00
Valori di Kdef
+ 2,00 per legno messo in opera fresco e fatto essiccare sotto carico
Il comportamento “meccanico-adsorbitivo”
Il coefficiente Kdef per il calcolo della deformazione totale
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Le caratteristiche meccaniche del legno
Il comportamento deformativo
L'influenza della deformabilità tagliante
- materiali elastici classici: G = E / (2(1+ν))
E / G ≈ 2.5
- per il legno il modulo G è invece molto più basso: E/G ≈ 16
conifera C24: Eo = 11000 N/mm2 E 90 = 370 N/mm2
G = 690 N/mm2 E/G ≈ 16
latifoglia D50: Eo = 14000 N/mm2 E 90 = 930 N/mm2
G = 880 N/mm2 E/G ≈ 16
lamellare GL24: Eo = 11600 N/mm2 E 90 = 390 N/mm2
G = 720 N/mm2 E/G ≈ 16
Trave appog. con q unif.: δtot = δm+δv = (5 ql4)/(384 EI) + (ql2χ)/(8 GA)
δv / δm = 0,96(E/G)(h/l)2 per h/l = 1/10 à δv / δm ≈ 0.15 per h/l = 1/20 à δv / δm < 0.05
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FINE PARTE 2
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
