Piazza Progettare Strutture in Legno Lamellare.

8/10/2019 Piazza Progettare Strutture in Legno Lamellare.

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Progettare le strutture in legno

lamellare in Italia

prof. Maurizio PiazzaDipartimento Ingegneria Meccanica e Strutturale

Universit degli studi di Trento

Il lavoro della progettazione comprende diversi aspetti

che insieme determinano la riuscita della costruzione

che interagiscono spesso gli uni con gli altri

protezione del legno

resistenza/protezione al fuoco

risposta al sismaconcezione dei dettagli costruttivi

aspetti ecologici e energetici

produzione, esecuzione, montaggio

il dimensionamento e "calcolo"

prescrizioni di uso e manutenzione

il costo ...

prof. M. PiazzaUniversit degli studi di Trento - Facolt di IngegneriaProgettare le strutture in legno lamellare in Italia

Il cuore naturale del nuovo Gran Teatro: quando il legno sostiene il cementoTorre del Lago Puccini (LU)Venerd 3 ottobre 2008

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Verifica della sicurezza strutturale

Il principio in forma semplice

=S

R

R = resistenza allarottura o al collasso

S = sollecitazione

S < R

R - S = sicurezza

= coefficiente di sicurezza

-1.0 = margine di sicurezza

I margini di sicurezza sono definiti dall'autorit di sorveglianza

Gli stati limite ultimiPrincipio dei coefficienti parziali

- le grandezze in gioco dipendono da molti parametri ...- sono grandezze statistiche e non assolute ...

SS S

S

R

R

S coefficiente parziale disicurezza per le azioni

R coefficiente parziale per lasicurezza del materiale

R

R

Sd Rd

Sd valore di calcolo dellasollecitazione

Rd valore di calcolo dellaresistenza

Sd SS = Rd RR =



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0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Temperatura (C)

Umiditrelativa

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17181920

Relazione tra umidit del legno, umidit relativa e temperatura ambiente

(per legno a partire dallo stato fresco)

(MPa)90

80

70

60

50

40

30

20

10

2 64 8(0/00)

(a)

(b)

(c)(d)

Curve tipiche tensione-deformazione

per legno netto di conifera, per

tensioni di trazione (a) e

compressione (b) parallele alla

direzione delle fibre,

e per trazione (c)e compressione (d) ortogonali alla

direzione delle fibre



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4/28

150

120

90

60

30

0 30252015105

Umidit del legno ( % )

a

b

c

d

e

Propriet(MPa)

Influenza dellumidit su alcune propriet meccaniche:resistenza a

trazione // fibratura (a), resistenza a flessione MoR (b), resistenza a

compressione // fibratura (c), resistenza a compressione fibratura (d),

resistenza a trazione fibratura (e) (da Woodhandbook, USDA, 1999)

100

90

80

70

60

50

Sr

-2 -1 0 1 2 3 4 5 Log10(t)

var=20 10% =20 %

=10 %

Influenza della durata del carico t sulla resistenza a flessione del legno netto,

in differenti situazioni di umidit

~10 anni



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550520500480460450420410390380370350m

massavolumica media

460440420400380370350340330320310290k

massavolumica caratt.

Massavolumica (kg/m3)

1,000,940,880,810,750,720,690,630,590,560,500,44Gmean

moduloditagliomedio

0,530,500,470,430,400,380,370,330,320,300,270,23E90,mean

modulo

elastico

medio

perpendicolareallefibre

10,710,09,48,78,07,77,46,76,46,05,44,7E0,05

moduloelastico

caratteristicoparalleloalle

fibre

161514131211,511109,5987E0,mean

moduloelasticomedio

paralleloallefibre

Moduloelastico(GPa)

3,83,83,83,43,02,82,52,42,22,01,81,7fv,k

taglio

3,23,12,92,82,72,62,52,42,32,22,22,0fc,90,k

compressione

perpendicolarealla

fibratura

292726252322212019181716fc,0,k

compressioneparallela

allafibratura

0,60,60,60,60,60,60,50,50,50,50,50,4ft,90,k

trazioneperp.afibr.

30272421181614131211108ft,0,k

trazioneparallelaafibr.

504540353027242220181614fm,k

flessione

Resistenze

(MPa)

C50C45C40C35C30C27C24C22C20C18C16C14Valoricaratteristici

diresistenzaemoduloelastico

Classi di resistenza secondo EN 338:2004, per legno di conifere e di pioppo

Classi di resistenza secondo EN 1194:2000, per legno lamellare di conifera

Valori caratteristici diresistenza e modulo elastico

GL24h GL24c GL28h GL28c GL32h GL32c GL36h GL36c

Resistenze (MPa)

flessione fm,g,k 24 28 32 36

trazione parallelaalla fibratura

ft,0,g,k 16,5 14,0 19,5 16,5 22,5 19,5 26 22,5

trazioneperpendicolare allafibratura

ft,90,g,k 0,40 0,35 0,45 0,40 0,50 0,45 0,60 0,50

compressioneparallela allafibratura

fc,0,g,k 24,0 21,0 26,5 24,0 29,0 26,5 31,0 29,0

compressione

perpendicolare allafibratura

fc,90,g,k 2,7 2,4 3,0 2,7 3,3 3,0 3,6 3,3

taglio fv,g,k 2,7 2,2 3,2 2,7 3,8 3,2 4,3 3,8

Modulo elastico (GPa)

modulo elasticomedio parallelo allefibre

E0,g,mean 11,6 11,6 12,6 12,6 13,7 13,7 14,7 14,7

modulo elasticocaratteristico

parallelo alle fibre

E0,g,05 9,4 9,4 10,2 10,2 11,1 11,1 11,9 11,9

modulo elasticomedio

perpendicolare allefibre

E90,g,mean 0,39 0,32 0,42 0,39 0,46 0,42 0,49 0,46

modulo di taglio

medioGg,mean 0,72 0,59 0,78 0,72 0,85 0,78 0,91 0,85

Massa volumica (kg/m3)

Massa volumicacaratteristica

g,k 380 350 410 380 430 410 450 430



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Corrispondenza tra classi resistenti del legno lamellare(omogeneo o composito) e quelle delle tavole componenti

(secondo DIN 1052:2004)

BS18BS16BS14BS11RiferimentoDIN1052

(1996)

C40

(C352)C401

C35

(C242)C351

C30

(C242)C301

C24

(C16)C241

Tavole

componenti

(tra

parentesiquelleinterne)

GL36cGL36hGL32cGL32hGL28cGL28hGL24cGL24hLegnolamellare

EN 14080:2005

Timber StructuresGlued Laminated Timber

Requirements

m

mod

kd

kf

d tensione agente di progetto

fk resistenza caratteristica al frattile 5%

kmod coefficiente che tiene conto delle condizioni di

servizio e della durata del carico

m coefficiente parziale di sicurezza del materiale



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Effetto dell'umidit del legno: definizione di classi di servizio

Classe 1- clima 20 / 65%- u = ~ 12 %- tutti gli interni di abitazione

Classe 2- clima 20 / 85%- u = ~ 18 %- elementi protetti dall'azione

diretta delle intemperie

Classe 3

- clima pi umido che la classe 2- u > 20 %- elementi "bagnati"- degrado biologico "possibile"

Variazioni temporanee (settimane) possono essere trascurate

Classe "permanente"- peso proprio della struttura- pacchetto di copertura- ...

Classe "lunga durata"- carichi nei depositi

Classe "media durata"- carichi di servizio in generale

Classe "breve durata"- neve

Classe "istantanea"- vento, sisma

Effetto della durata del carico: classi di durata del carico



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M

kd

XkX

= mod

Xk valore caratteristico di una propriet del materiale- p.es. resistenza alla flessione fm,k

Xd valore di calcolo di una propriet del materiale- p.es. resistenza alla flessione fm,d

kmod coeficiente di correzione- tiene conto delle classi di durata e di umidit

M coefficiente di sicurezza parziale per le proprietdei materiali

Valori di kmod

0.901.101.10istantaneo

0.700.900.90breve durata

0.650.800.80media durata

0.550.700.70lunga durata

0.500.600.60permanente

321

Classe di servizioClasse di durata del carico

Effetto sulla resistenza del materiale

Le varie tecniche di connessione si possono differenziare sia per il tipo di

sollecitazione in fase di esercizio che per il materiale che si utilizza come

mezzo di unione

Collegamenti di tipo TRADIZIONALE

Collegamenti di tipo MODERNO

Realizzate attraverso la lavorazione delle superfici di contatto(carpentry joint), le sollecitazioni si trasmettono direttamente per

sforzi di compressione

Unioni meccaniche di tipo moderno, nelle quali la trasmissione

degli sforzi avviene non in maniera diretta, ma attraverso

linserimento di elementi metallici oppure strati di colla

(mechanical joint).

CollegamentiCollegamenti



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Le unioni meccaniche di tipo moderno possono essere a loro volta

suddivise in funzione della tipologia di connettore adottato:

- collegamenti con connettori a gambo cilindrico

- collegamenti con connettori metallici di superficie

d n

d n

d b

ed

Collegamenti con connettori a gambo cilindrico

Chiodi (dn = 2 8 mm) e viti Bulloni e perni (dn = 14 30 mm)



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Anell i e cavigl ie (dn = 50 160 mm)ed

Piastre dentate (dn = 50 160 mm)

Tipo C1-C9 Tipo C10-C11

Collegamenti con connettori metallici di superficie (EN 912)

Meccanismi di rottura

Fenditura LEGNO

ACCIAIO

Tensioni di taglio

Trazione ortogonale alle fibre

Snervamento e rottura della barra di acciaio

Estrazione

Rottura duttile

LEGNO

Distribuzione delle tensioni taglianti lungo la barra

F

Distribuzione delle tensioniortogonali alla fibratura sulla testa del giunto

Isostatiche di trazione e compressione

Collegamenti con barre incollate



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Incastro di base Nodo dangolo a momento


APPLICAZIONI CON BARRE INCOLLATE PER COLLEGAMENTI RIGIDI

MensaMensa aziendaleaziendale ""AquiloneAquilone didi ChiccoChicco""

Progetto Cenci

Holzbau (1996/97)

Superficie coperta 2300 m2

360 m3 lamellare BS14




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Analisi sperimentale sul nodo con barre incollate

Parametri geometrici e meccanici della connessione che influenzano la rottura

Modalit di rottura (sono principalmente di 3 tipi, sidifferenziano ulteriormente tipo di connessione)

Rk (fh,k; My,k; d; t)

I II III

Diametro delconnettore

Resistenza allosnervamentodellacciaio

I, II, III

Resistenza alrifollamento

Spessore deglielementi da unire



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AUMENTANDO LA SNELLEZZA DELAUMENTANDO LA SNELLEZZA DELCONNETTORE AUMENTA LA DUTTILITACONNETTORE AUMENTA LA DUTTILITA

Modalit di rottura:comportamento elastoplastico

F/2

F/2

F/2

F/2

F F

Cerniere plastiche

Perno tozzo Perno molto snello

a) b)

Nel punto 8.3 (4)P la normativa considera soddisfatta la condizione di collegamento dissipativo, nelcaso di collegamenti con perni e bulloni, se il diametro d dei connettori non superiore ai 12 mm, mentregli elementi da connettere devono avere uno spessore maggiore di 10d.

Cerniere plastiche nei

connettori metallici

Rifollamento nellegno

Connettori a gambo cilindrico: resistenza e duttilit

Spostamento

Carico F F

Carico

F F

Spostamento

F F

Aspetti positivi e negativi per l'uso del legno nelle strutture in zona sismica

Il legno e il sisma



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Il legno e il sisma

LeggerezzaLeggerezza

Resistenza

Rigidezza

Resistenza a carichi breve durata

de Havilland DH.98 Mosquito " The wooden wonder" (~7000 esemplari)

127000Alluminio (fk= 355 MPa)

58000 - 64000Legno lamellare (fk= 20-36 MPa)

55000Acciaio (fk= 430 MPa)

10400Calcestruzzo (fk= 25 MPa)

f/ (m/s)Materiale

127000Alluminio (fk= 355 MPa)

58000 - 64000Legno lamellare (fk= 20-36 MPa)

55000Acciaio (fk= 430 MPa)

10400Calcestruzzo (fk= 25 MPa)

f/ (m/s)Materiale

Comportamento fragileComportamento fragile

Capacit dissipativadissipativa deve essere eventualmente ricercatanei collegamenti

DUTTILITDUTTILIT CONCENTRATACONCENTRATA

Il legno e il sisma

LeggerezzaLeggerezza

Resistenza

Rigidezza

Resistenza a carichi breve durata

Aspetti positivi e negativi per l'uso del legno nelle strutture in zona sismica



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-130

-110

-90

-70

-50

-30

-10

10

30

50

70

90

110

130

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25

Slip (mm)

Load

(kN)

0,000

0,100

0,200

0,300

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Vy

eq

PROVE CICLICHEIl legno e il sisma

Al fine di garantire i valori precedenti per il fattore di struttura q, le zone considerate dissipativedevono essere in grado di deformarsi plasticamente per almeno tre cicli a inversione completacon un rapporto di duttilit statica pari a 4 per le strutture di tipologia B e 6 per le strutture ditipologie A, senza che si verifichi una riduzione della loro resistenza maggiore del 20%.

DEFINIZIONE NORMATIVA (EC8, OPCM 3431, NTC)

Il legno e il sisma

da: Ductile End Connections for Glulam BeamsTomasi R., Zandonini R., Piazza M., Andreolli M.



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Tabella 4.2 ALTEZZE MASSIME CONSENTITE

7710Edificiconstrutturainlegno

131925Edificiconstrutturainmuratura

armata

7,51116Edifici

con

struttura

in

muraturaordinaria

Edificiconstrutturamistainacciaio

ecalcestruzzo

Edificiconstrutturainacciaio Nessunalimitazione

Nessun

limite

Edificiconstrutturaincalcestruzzo

Altezzamassimaconsentita(inm)Sistemacostruttivo

1234

ORDINANZA PUNTO 4.2

Il legno e il sisma

12-3-4

ALTEZZE MASSIME CONSENTITE

PRESCRIZIONI DA NORMATIVA E LIMITI TEORICI

Per le tipologie strutturali: costruzioni

di legno e di muratura che non

accedono alle riserve anelastiche

delle strutture, ricadenti in zona 1,

fissata una altezza massima pari adue piani dal piano di campagna,ovvero dal ciglio della strada. Il solaio

di copertura del secondo piano non

pu essere calpestio di volume

abitabile.

1 Tipologie strutturaliche accedono alleriserve anelastiche

delle strutture



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ALTEZZE MASSIME CONSENTITE

Sakyamuni Pagoda (1056)Altezza 67,31 m

(circa 20 piani attuali)

~30 m diametro base

Solo legno (senza chiodi)

9 piani (5 visibili all'esterno)

In fase di progettazione, si devono adottare tutti gli accorgimeIn fase di progettazione, si devono adottare tutti gli accorgime nti che si rendononti che si rendono

necessari, vista la particolare azione che si consideranecessari, vista la particolare azione che si considera

corretta progettazione dei giunt icorretta progettazione dei giunti

Generalmente (in zone caratterizzate da minore intensit sismica), si pu

affermare che, per tipologie strutturali a unico piano, difficilmente lazione

sismica risulta determinante nella verifica della struttura

Gerarchia delle resistenze: elementi fragili devono essereGerarchia delle resistenze: elementi fragili devono essere protettiprotetti

collegamenti caratterizzati dacollegamenti caratterizzati da duttilitduttilit

Il legno e il sisma



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Le sostanze volatili prodotte

dalla combustione si

muovono verso lesterno

raffreddando il carbone;

anche presente un contributo

di riflessione .

Si raggiunge una situazione

quasi stazionaria con

lequilibrio fra la

perdita di materia

in superficie earretramento del

legno integro.

Questo avviene a 0,6 - 0,7 mm/minuto

Il legno e il fuoco

00charef dkdd +=

k0 = 1 per t > 20

d0 = 7 mmprofondit dicarbonizzazione

differenza tra sezione

residua ed efficace

t = X

dchar=0t

dchar=nt Non si considerano gli smussi

Si considerano gli smussi 0 > n

7 mm

Il legno e il fuoco



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La sezione trasversale residua dell'elemento pu essere determinatatenendo conto o meno del cosiddetto raggio allo spigolo

0 200 400 600 800 1000

Abeterosso

Abura

Aniegr

Castagno

Duglasia

Doussi

Faggio

Framir

Iroko

Kot

Larice

Moabi

Pino silvestre

Ramin

Rovere

Sipo

MasCon

LLCon

MasLat

LLLat

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Massa vol. stato normale VelocitMassa vol. stato normale Velocit carbonizzazionecarbonizzazione

(kg/m(kg/m33)) (mm/(mm/minmin))

EN 1995EN 1995--11--22



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La resistenza al fuoco dei collegamentiNelle strutture lignee comune la presenza di collegamenti realizzati con

mezzi meccanici, specialmente metallici: questi assumono particolare

rilevo nelle realizzazioni in legno lamellare. Data la loro importanza per il

comportamento statico complessivo della struttura nella valutazione della

resistenza al fuoco occorrer valutare anche la prestazione dei

collegamenti sotto l'azione dell'incendio. Sono infatti spesso proprio i

collegamenti realizzati tramite elementi metallici o le parti metalliche della

struttura, i punti deboli di una struttura lignea esposta al fuoco.

Gli elementi metallici infatti possono

trasmettere il calore anche all'internodella massa lignea (nel caso del

collegamento) oppure subiredeformazioni termiche incompatibilicon la statica globale della struttura

(elementi di controvento, elementi tesi in

genere, ecc.).

La normativa Europea considera le cosiddette unioni non protette, acomportamento statico globalmente simmetrico e conformi alla tabella

riportata di seguito, come soddisfacenti alla classe di resistenza R 15.

tfi,d resistenza del collegamento

t1 spessore dellelemento lateraled diametro dellelemento di collegamento

t1 45 mm15Altri tipi di connettori (secondo EN 912)

t1 45 mm20Perni

t1 45 mm15Bulloni

d 3,5 mm15Viti

d 2,8 mm15Chiodi

Condizioneimposta

tfi,d (min)Elementi di collegamento

Oltre tale valore sono necessari requisiti aggiuntivi per garantire un

tempo di resistenza treq superiore a quello garantito td,fi

La resistenza al fuoco dei collegamenti (da CNR DT 206:2007)



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fi,reqch 2,1 dttt

fi,reqch 5,0 dttt Pannelli di legno o cartongesso(tipo A o H secondo EN 520)

Pannelli di calcio-silicato(tipo F secondo EN 520)

SISTEMI DI PROTEZIONE per collegamenti

Al fine di garantire alla struttura adeguata durabilit, si devono

considerare i seguenti fattori tra loro correlati:

- la destinazione e l'uso della struttura;

- le condizioni ambientali prevedibili;- la composizione, le propriet e le prestazioni dei materiali;

- la forma degli elementi strutturali e i particolari costruttivi;

- la qualit dellesecuzione e il livello di controllo della stessa;

- i particolari interventi di protezione;

- la manutenzione programmata durante la vita presunta;

e si devono adottare nel progetto gli eventuali idonei

provvedimenti per la protezione dei materiali.

La durabilit (da CNR DT 206:2007)



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Assorbimento di acqua causato da contatto con altro

materiale umido; contatto con il terreno causato da

distanza insufficiente o da fondazione diretta

La durabilit

Contatto fra due elementi strutturali

La durabilit



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Durabilit- Durata di vita

Azioni

Resistenza

Riduzione delle azioni: protezione costruttiva

Aumento della resistenza: specie legnose pi resistenti trattamenti protettivi:

- trattamento della superficie- impregnazione

Miglioramento dellaMiglioramento della durabilitdurabilit

La durabilit

Ponte Vihantasalmi (Mikkeli, Finlandia)

- luci campate (m) : 21+42+42+42+21

- legno lamellare: 1050 m3

- acciaio carpenteria: 215 ton

- c.a.: 780 m3

- acciaio c.a.: 160 ton



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Passerella pedonale coperta nelle Dolomiti Agordine

Lunghezza 76 m, distanza tra le pile 56,30 m

Larghezza utile 2,40 m

Holzbau



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COEFFICIENTE PARZIALE DI SICUREZZA SUL MATERIALE

NORME TECNICHE EC 5

NORME TECNICHE

EC 5

1

COEFFICIENTI DI CORREZIONE DELLA RESISTENZA



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RICOSTRUZIONE DI CAPRIATA A 2 LIVELLIex-Teatro Sociale di Trento (1830), 25 m



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Magazzino frigorifero per AIA (Verona, 2001)

Corpo principale 84x123 m2, tettoie longitud. e trasversale 6,4x133 + 9,6x37 m2

Superficie coperta totale ~ 11.700 m2

Travi lenticolari con luci di 34 e 50 m, interasse 5 m

Legno ... non solo bello ma anche vantaggioso !

Holzbau

Stabilimento ortofrutticolo Melinda (2006)Holzbau



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28/28

PalazzettoPalazzetto dellodello Sport diSport di CasalecchioCasalecchio di Reno (di Reno (BolognaBologna))Progetto Cenci (Como), Holzbau (1992/93)

Luce libera 80x120 m, 14.000 spettatori

Holzbau


Piazza Progettare Strutture in Legno Lamellare.

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