Sistemi costruttivi di copertura in legno lamellare · Sistemi costruttivi di copertura in legno...

Sistemi costruttivi di copertura Sistemi costruttivi di copertura in legno lamellare in legno lamellare in legno lamellare in legno lamellare

Napoli, 5‐6 maggio 2014

PPROGETTAZIONEROGETTAZIONE SSISMICAISMICA -- NORMATIVANORMATIVA, , FATTORIFATTORI DIDI STRUTTURASTRUTTURA

RRESISTENZAESISTENZA ALAL FUOCOFUOCO -- CENNICENNI EE APPROCCIAPPROCCI NORMATIVINORMATIVI

Flavia De LucaFlavia De LucaUniversità degli Studi di Napoli Federico IIUniversità degli Studi di Napoli Federico IIg pg p

[email protected]@unina.it

Sistemi costruttivi di copertura in legno lamellare

PROGETTAZIONE SISMICA

I d ll’ i d i d i i d tti d l i o Imparare dall’osservazione dei danni indotti dal sisma o Comportamento del legno per sollecitazioni sismiche

P i i i b di li i i i il f tt di t tto Principi base di analisi sismica: il fattore di strutturao Prescrizioni normative per il legno in campo sismico

C t i l i i io Coperture in legno in campo sismico

RESISTENZA AL FUOCO

o Il legno: combustibilità e combustioneo L’incendio e il legnoo L incendio e il legnoo Resistenza al fuoco: approccio normativoo Protezione degli elementi e dei collegamenti

Flavia De LucaFlavia De LucaProgettazione sismica e resistenza al fuoco

o Protezione degli elementi e dei collegamenti


IIMPARAREMPARARE DALLDALL’’OSSERVAZIONEOSSERVAZIONE DEIDEI DANNIDANNI INDOTTIINDOTTI DALDAL SISMASISMA

L’osservazione del danno indotto dal sisma sulle struttureL osservazione del danno indotto dal sisma sulle struttureconsente la caratterizzazione degli effetti POSITIVI eNEGATIVI del materiale a) impiegato, b) dellaconcezione strutturale indagata e c) della realizzazionedi d tt lidi dettaglio.

I ITALIA li difi i i l i li iIn ITALIA, gli edifici in legno sono una piccolissimapercentuale del patrimonio edilizio (minore del 5% deltotale).

In particolare si collocano nelle zone alpine, dove peraltro, la sismicità risulta essere moderata.

L i i i di d b i i d iLe osservazioni quindi dovranno basarsi sui danniosservati in LUOGHI e TEMPI diversi. Luogo e tempodettano le tecniche e le tecnologie, quindi il danno valetto con un ulteriore livello di mediazione.


letto con un ulteriore livello di mediazione.


Chiaramente più si torna indietro nel tempo, più il danneggiamentoosservato è maggiore, in quanto mancavano NORME efficienti edesisteva una carenza nella CONCEZIONE D’INSIEME e nei DETTAGLI.

GiapponeDanneggiamento a case in legnoTerremoto di TokyoTerremoto di Tokyo 1° Settembre 1923Magnitudo: 8.3

La gran parte delle vittime fuprodotta dal collasso di costruzioniptipo quelle in figura, che risultavanoessere strutturestrutture moltomolto pesantipesanti, deltipo post and beam.

Per evitare collassi così catastrofici, si è passati all’impiego di strutture leggere,ridondantiridondanti e quindi moltomolto iperstaticheiperstatiche, controventate da pannelli collegati conchiodi, che consentivano un buon dissipazione energetica.


, p g


Altre volte si è osservato che fattori di tipo funzionali potevano produrre fenomenicatastrofici: softsoft sotreysotrey.

USADanneggiamento a case in legnoT t di N th id

AMPIEAMPIE APERTUREAPERTURE a piano terra ed unCATTIVOCATTIVO COLLEGAMENTOCOLLEGAMENTO con lafondazione ha indotto la formazione di unTerremoto di Northridge

1994Magnitudo: 6.0

fondazione ha indotto la formazione di unpiano soffice.



USADanneggiamento a case in legnoTerremoto di San Fernando, California, 1971

La struttura rosa al piano inferiorepresentava un garage. Ancora unavolta si presenta la formazione di un, ,

Magnitudo: 6.6 p

piano soffice.

Per altri eventi sismici si è verificato ilcaso di collasso degli elementi dicaso di collasso degli elementi dicollegamento tra la fondazione ed ilprimo solaio (cripplecripple wallwall) per assenzadi controventature e chiodature.



In Italia, l’unico problema evidenziato dagli eventi sismici è stato quello legatoall’interazione con le altre tipologie edilizie. La perdita di appoggio delle capriate edelle travi di copertura è il meccanismo di collasso prevalente.

ITALIATerremoto dell’EMILIA, 2012Magnitudo: 6 0Magnitudo: 6.0

Le strutture di copertura, sfilandosi dallet h d tt h ilmurature, spesso hanno prodotto anche il

collasso delle strutture portanti orizzontali ailivelli inferiori.



i i iDanni indotti alle coperture

USAUSATerremoto di Washington, 1949Magnitudo: 7.0

ROMANIATerremoto di Bucharest, 1977Magnitudo: 7.19

GiappneTerremoto di Kobe, 1995Magnitudo: 6.8


g


ITALIATerremoto dell’EMILIA, 1912Magnitudo: 6.0

Anche le strutture di coperturacopertura inin cc..aa..soffrono di tali possibili meccanismi dicollasso per perditaperdita didi appoggioappoggio o perdistacco dalla struttura sottostante aseguito di crisi fragile.

CILETerremoto del Cile, 1960Magnitudo: 8.5



CCOMPORTAMENTOOMPORTAMENTO DELDEL LEGNOLEGNO PERPER AZIONIAZIONI SISMICHESISMICHESono diversi i motivi per i quali il legno può essere riconosciuto come un buon

t i l tt t i i t tt li l t i i imateriale per ottenere prestazioni strutturali elevate in campo sismico:

a) Resistenza impiegata per peso proprio bassa: rapporto tra resistenza e massavolumica pari a 5 volte quello del calcestruzzo e circa pari a quello dell’acciaio;p q p q ;

b) La maggiore deformabilità rispetto al calcestruzzo armato (circa 3 volte piùdeformabile) produce un incremento dei periodi di vibrazione, ragione per cui siha una riduzione delle forze sismiche in gioco;ha una riduzione delle forze sismiche in gioco;

c) La velocità di applicazione dell’azione sismica esalta l’effetto di strain-rate delmateriale, per il quale si ha un incremento della resistenza talmente alta da fare inp qmodo da limitare l’escursione post-elastica degli elementi lignei.

Quindi il comportamento ciclico del legno presenta fenomeni di FATICAp g pOLIGOCICLICA, ovvero il collasso strutturale si presenta dopo pochi cicli isteretici.Questo è un problema in quanto l’azione sismica non può essere dissipatadall’elemento ligeno.



FaticaFatica OligociclicaOligociclica

È questa una situazione molto gravosa per ogni tipo di materiale, per il degrado chebi i t i i i d i ti l l i id i di d ttilitàsubiscono i parametri meccanici ed in particolare la progressiva riduzione di duttilità.

Tuttavia, alla possibilità di sviluppo di cicli di isteresi è legata la capacità della strutturadi dissipare energia, una caratteristica fondamentale in regime sismico. Infatti allafase anelastica del comportamento è associata una notevole capacità didissipazione, in quanto l’energia dissipata in ogni ciclo è proporzionale all’ariaracchiusa dal ciclo stesso.

b b c

Nel caso elastico (sinistra) l’energia di deformazione (·/2), area del atriangolo abc,

a c a d e

Nel caso elastico (sinistra) l energia di deformazione ( /2), area del atriangolo abc,è restituita completamente allo scarico;Nel caso elasto-plastico (destra) l’eneriga immessa, area del quadrilatero abce, èrestituita allo scarico per la sola parte corrispondente al triangolo cde, mentre lai t t b d è di i t


rimanente parte abcd è dissipata.


Risulta quindi evidente che la dissipazione energetica puòavvenire solo nelle zone di interazione tra il legno e gli altrimateriali (acciaio), ovvero nei giunti.

CicliCicli didi isteresiisteresi tipicitipici didi unauna connessioneconnessione concon elementielementi metallicimetallici

11 44

22 5522 55

33 66



CicliCicli didi isteresiisteresi sperimentalisperimentali perper diversediverse tipologietipologie didi connessioniconnessioni

a) b) c)

a) Singolo bulloneb) Due bulloni posti trasversalmente

a) b) c)c) Due bulloni posti longitudinalmente

La giunzione è soggetta a flessione alternata e le fibre risultano compresse sia dalLa giunzione è soggetta a flessione alternata, e le fibre risultano compresse sia dalgambo del bullone in direzione longitudinale che trasversalmente dal dado. Lo spazioche si libera tra le parti metalliche e l’elemento ligneo a causa del rifollamento diquest’ultimo permette lo scorrimento che si riscontra nel diagramma forza


spostamento dopo alcuni cicli di carico.


PPRINCIPIRINCIPI BASEBASE DIDI ANALISIANALISI SISMICASISMICA: : ILIL FATTOREFATTORE DIDI STRUTTURASTRUTTURA

uAccelerogrammaAccelerogramma SDOFSDOF Spettro di RispostaSpettro di Rispostau

mF*

gg

456789

Sa(T)

p pp p

müg d* 01234

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

i d [ ]m c k u mu u u periodo [sec]gm c k u m u u u

Gli spettri di risposta sono la rappresentazione delle massime accelerazioni, velocità espostamenti di un sistema ad un solo grado di libertà (SDOF) caratterizzato da valoricrescenti del periodo di vibrazione quando è soggetto ad un terremotocrescenti del periodo di vibrazione, quando è soggetto ad un terremoto(accelerogramma).

t SpostamentoSpostamento

ξ ω (t τ)g d

0 maxd max

e sin[ω (t τ)] dτS u(t)

u

v dS ω S

2a v dS ω S ω S

VelVel. .

AccAcc. .



L’impiego di metodi di calcolo lineari richiede da parte del progettista un’opportunaun’opportunadefinizionedefinizione deldel fattorefattore didi strutturastruttura in relazione alle caratteristichecaratteristiche meccanichemeccaniche globaliglobalidelladella strutturastruttura inin esameesame..

e uF Fq R R F1

su

q R RF F

F

Fe

1

us

FRF

Fu

e uFRF

u

F1u yF

uy



PPRESCRIZIONIRESCRIZIONI NORMATIVENORMATIVE PERPER ILIL LEGNOLEGNO ININ CAMPOCAMPO SISMICOSISMICO

77 77 –– CostruzioniCostruzioni inin legnolegno77..77 –– CostruzioniCostruzioni inin legnolegno

Per le costruzioni in legno, si definiscono i seguenti termini:DuttilitàDuttilità StaticaStatica:: si intende il rapporto tra lo spostamento ultimo e lo spostamento al limitedel comportamento elastico, valutati con prove quasi-statiche in accordo alle pertinentinormative sui metodi di prova per le strutture di legno;NNodiodi semisemi--rigidirigidi:: giunzioni con deformabilità significativa, tale da dovere essere presa inconsiderazione nelle analisi strutturali e da valutarsi secondo le pertinenti normative diconsiderazione nelle analisi strutturali, e da valutarsi secondo le pertinenti normative dicalcolo;NodiNodi rigidirigidi:: giunzioni con deformabilità trascurabile, ai fini del comportamentostrutturale, da valutarsi secondo le pertinenti normative di calcolo;UnioniUnioni concon mezzimezzi didi unioneunione aa gambogambo cilindricocilindrico:: unioni con mezzi meccanici di unione agambo cilindrico (chiodi, viti, spinotti, bulloni ecc.), sollecitati perpendicolarmente al loroasse;NNodiodi didi carpenteriacarpenteria:: collegamenti nei quali le azioni sono trasferite per mezzo di zone diNNodiodi didi carpenteriacarpenteria:: collegamenti nei quali le azioni sono trasferite per mezzo di zone dicontatto, e senza l’utilizzo di mezzi di unione meccanici; esempio di giunzioni di questotipo sono: l’incastro a dente semplice, il giunto tenone-mortasa, il giunto a mezzo legno,ed altri tipi frequentemente utilizzati nelle costruzioni tradizionali.



77..77..11 –– AspettiAspetti concettualiconcettuali delladella progettazioneprogettazione

Gli edifici sismoresistenti in legno devono essere progettati con una concezionestrutturale in accordo ad uno dei seguenti comportamenti:a)a) comportamentocomportamento strutturalestrutturale dissipativodissipativo;;b)b) comportamentocomportamento strutturalestrutturale scarsamentescarsamente dissipativodissipativo..Le strutture progettate secondo il comportamento a) devono appartenere alla CD “A”Le strutture progettate secondo il comportamento a) devono appartenere alla CD Ao “B”, nel rispetto dei requisiti di cui al § 7.7.3 in relazione a: tipologia strutturale,tipologia di connessione e duttilità della connessione.Le zone dissipative debbono essere localizzate nei collegamenti; le membrature ligneedebbono essere considerate a comportamento elastico, a meno che non venganoadottati per gli elementi strutturali provvedimenti tali da soddisfare i requisiti di duttilità dicui al § 7.7.3.Le proprietà dissipative devono essere valutate sulla base di comprovataLe proprietà dissipative devono essere valutate sulla base di comprovatadocumentazione tecnico - scientifica, basata su sperimentazione dei singolicollegamenti o dell’intera struttura o su parte di essa, in accordo con normative dicomprovata validità.Per le strutture progettate secondo il comportamento b), gli effetti devono esserecalcolati mediante un’analisi elastica globale, assumendo un fattore di struttura q nonsuperiore ad 1,5.



77..77..22 –– MaterialeMateriale ee proprietàproprietà delledelle zonezone dissipativedissipative

Si applica, per quanto riguarda il legno, quanto previsto al § 4.4; con riferimento allealtre parti strutturali, si applica quanto contenuto al Cap. 4 per gli altri materiali.Qualora si faccia affidamento a comportamenti strutturali dissipativi (CD “A” o “B”), in mancanza di più precise valutazioni teoriche e sperimentali, si devono applicare le regole seguenti: regole seguenti:

a)a) nelle zone considerate dissipative possono essere utilizzati solamente materiali emezzi di unione che garantiscono un adeguato comportamento di tipo oligociclico;b)b) le unioni incollate devono essere considerate in generale come non dissipative;c)c) i nodi di carpenteria possono essere utilizzati solamente quando questi possonogarantire una sufficiente dissipazione energetica, senza presentare rischi di rotturafragile per taglio o per trazione ortogonale alla fibratura e con la presenza di dispositivifragile per taglio o per trazione ortogonale alla fibratura, e con la presenza di dispositiviatti ad evitarne la sconnessione.

Quanto richiesto nel precedente capoverso (a) può considerarsi soddisfatto se vienerispettato quanto riportato nel successivo § 7.7.3.…



77..77..33 –– TipologieTipologie strutturalistrutturali ee fattorifattori didi strutturastruttura ((11//33))

In funzione del loro comportamento duttile e della capacità di dissipazione di energiasotto carichi ciclici, gli edifici a struttura di legno devono essere assegnati alla CD “A” osotto carichi ciclici, gli edifici a struttura di legno devono essere assegnati alla CD A o“B”. Tutte le strutture che non rispettano le condizioni richieste per le CD “A” o “B” sidebbono considerare come strutture aventi una scarsa capacità di dissipazioneenergetica, alle quali si assegna un fattore di struttura q = 1,5.




Strutture isostatiche in genere, archi a due cerniere, travi reticolari con connettori, inmancanza di specifiche valutazioni, sono da considerare come strutture aventi unamancanza di specifiche valutazioni, sono da considerare come strutture aventi unascarsa capacità di dissipazione energetica, alle quali si deve dunque assegnare unfattore di struttura q0 non superiore a 1,5.Si assume sempre q=q0·KR, con KR definito in § 7.3.1.Al fi di ti l i d l f tt di t tt i i d 1 5 l id tAl fine di garantire valori del fattore di struttura q superiori ad 1,5, le zone consideratedissipative devono essere in grado di deformarsi plasticamente per almeno tre cicli ainversione completa, con un rapporto di duttilità statica pari a 4 per le strutture in CD“B” e pari a 6 per le strutture in CD “A”, senza che si verifichi una riduzione della loroB e pari a 6 per le strutture in CD A , senza che si verifichi una riduzione della lororesistenza maggiore del 20%.Le disposizioni di cui al precedente capoverso nonché ai precedenti 7.7.2 a) e 7.7.2 b)possono considerarsi soddisfatte nelle zone dissipative di ogni tipologia strutturale se si

ifi tverifica quanto segue:a)a) i collegamenti legno-legno o legno-acciaio sono realizzati con perni o con chiodipresentanti diametro d non maggiore di 12 mm ed uno spessore delle membraturelignee collegate non minore di 10d;lignee collegate non minore di 10d;b)b) nelle pareti e nei diaframmi con telaio in legno, il materiale di rivestimento strutturaleè di legno o di materiale da esso derivato, con uno spessore minimo pari a 4d e condiametro d dei chiodi non superiore a 3,1 mm.




Qualora tutte le precedenti prescrizioni non siano soddisfatte, ma sia almeno assicuratop plo spessore minimo degli elementi collegati pari, rispettivamente, a 8d per il caso a) e a3d per il caso b), si devono utilizzare valori ridotti del coefficiente q0 con i valori massimipresentati in Tabella.

Per strutture con proprietà differenti ed indipendenti rispetto alle due direzioni orizzontaliortogonali di verifica sismica, si possono utilizzare valori differenti del fattore di struttura qper la valutazione degli effetti dell’azione sismica per ognuna delle due direzioni.



77..77..44 –– AnalisiAnalisi StrutturaleStrutturale

Nell’analisi della struttura si deve tener conto, di regola, della deformabilità deicollegamenti.Si devono utilizzare i valori di modulo elastico per “azioni istantanee”, ricavati a partiredai valori medi di modulo elastico degli elementi resistenti.Gli impalcati devono essere in generale assunti con la loro deformabilità; possono essereGli impalcati devono essere in generale assunti con la loro deformabilità; possono essereassunti come rigidi nel modello strutturale, senza necessità di ulteriori verifiche se:

a)a) sono state rispettate le disposizioni costruttive date nel successivo § 7.7.5.3 per gliimpalcati o, in alternativa se pertinente, § 7.7.7.2;

b)b) eventuali aperture presenti non influenzano significativamente la rigidezza globale dilastra nel proprio pianolastra nel proprio piano.



77..77..55 –– DisposizioniDisposizioni costruttivecostruttive

…7.7.5.1 Disposizioni costruttive per i collegamenti7.7.5.1 Disposizioni costruttive per i collegamentiLe membrature compresse ed i loro collegamenti (come per esempio i giunti dicarpenteria), per cui possa essere prevedibile il collasso a causa dell’inversione disegno della sollecitazione, devono essere progettati in modo tale che non si verifichino

i i di l i i di tiseparazioni, dislocazioni, disassamenti.Perni e bulloni devono essere serrati e correttamente inseriti nei loro alloggiamenti (nelrispetto delle tolleranze previste).

7.7.5.2 Disposizioni costruttive per gli impalcatiPer quanto riguarda gli impalcati, si applica in generale quanto previsto al § 4.4, con levariazioni seguenti:

) t li f tt i di i t d ll ità t t d i i di i i b dia) eventuali fattori di incremento della capacità portante dei mezzi di unione ai bordidei rivestimenti strutturali e dell’incremento dell’interasse dei chiodi lungo i bordidiscontinui dei pannelli non devono essere utilizzati;b) la distribuzione delle forze di taglio negli impalcati deve essere valutata tenendob) la distribuzione delle forze di taglio negli impalcati deve essere valutata tenendoconto della disposizione effettiva in pianta degli elementi di controvento verticali;c) i vincoli nel piano orizzontale tra impalcato e pareti portanti verticali devono esseredi tipo bilatero.



77..77..66 –– VerificheVerifiche didi sicurezzasicurezza

I valori di resistenza degli elementi di legno fanno riferimento a carichi di tipo“istantaneo”, nelle condizioni di servizio assunte per la struttura.

Al fine di garantire lo sviluppo del comportamento ciclico dissipativo in corrispondenzaAl fine di garantire lo sviluppo del comportamento ciclico dissipativo in corrispondenzadelle zone assunte come dissipative, tutti gli altri elementi strutturali e/o connessionidevono essere progettati con adeguati valori di sovra resistenza. Tale requisito di sovraresistenza si applica, in particolare, a:pp p

a)a) collegamenti di elementi tesi o qualsiasi collegamento alle strutture di fondazione;

b)b) collegamenti tra diaframmi orizzontali ed elementi verticali di controventob)b) collegamenti tra diaframmi orizzontali ed elementi verticali di controvento.I giunti di carpenteria non presentano rischi di rottura fragile se la verifica per tensionitangenziali, condotta in accordo con il § 4.4, è soddisfatta utilizzando un ulteriorecoefficiente parziale di sicurezza pari a 1,3.



77..77..77 –– VerificheVerifiche didi dettagliodettaglio

i i i i i i i7.7.7.1 Disposizioni costruttive per i collegamentiPerni e bulloni di diametro d superiore a 16 mm non devono essere utilizzati neicollegamenti legno-legno e legno-acciaio, eccezion fatta quando essi siano utilizzaticome elementi di chiusura dei connettori e tali, quindi, da non influenzare la resistenzacome elementi di chiusura dei connettori e tali, quindi, da non influenzare la resistenzaa taglio.Il collegamento realizzato mediante spinotti o chiodi a gambo liscio non deve essereutilizzato senza accorgimenti aggiuntivi volti ad evitare l’apertura del giunto.N l di t i i di l i ll fib t i d di i i iNel caso di tensioni perpendicolari alla fibratura, si devono osservare disposizioniaggiuntive al fine di evitare l’innesco di fratture parallele alla fibratura (splitting).

7.7.7.2 Disposizioni costruttive per gli impalcati7.7.7.2 Disposizioni costruttive per gli impalcatiIn assenza di elementi di controvento trasversali intermedi lungo la trave, il rapportoaltezza/spessore per una trave a sezione rettangolare deve rispettare la condizioneh/b ≤ 4.I iti tt i ti d l S ≥ 0 2 ti l tt i d tIn siti caratterizzati da un valore ag ·S ≥ 0,2·g, particolare attenzione deve essere postaalla spaziatura degli elementi di fissaggio in zone di discontinuità.



Per quanto detto, consegue che ai fini sismici, l’impiego di una struttura di coperturai ti t tt fi i i i ti t d d t td t t

CCOPERTUREOPERTURE ININ LEGNOLEGNO ININ CAMPOCAMPO SISMICOSISMICO

nonnon eccessivamenteeccessivamente pesantepesante, con configurazioni nonnon spingentespingente ed adeguatamenteadeguatamentecollegatacollegata alle strutture sottostanti, diventa di fondamentale importanza per ilraggiungimento di una performanceperformance sismicasismica ottimaleottimale.

1) CollegamentiCollegamenti / AppoggiAppoggi che prevengono lo sfilamentosfilamento / perdita di appoggioperdita di appoggio


1) CollegamentiCollegamenti / AppoggiAppoggi che prevengono lo sfilamentosfilamento / perdita di appoggioperdita di appoggio


i i i i iImpiegare una copertura in legno come soluzione alternativa alle coperture in c.a.comporta benefici dal punto di vista sismico, sia per la nuova progettazione, siacome intervento migliorativo per le strutture esistenti.

2) Strutture Non Spingenti2) Strutture Non SpingentiSono spingenti tutti quegli elementicostruttivi che, anche soltanto sotto icarichi verticali tendono a premere incarichi verticali tendono a premere inorizzontale contro le strutture.

Questi elementi costruttivi sono pericolosiédurante un terremoto perché lo

scuotimento sismico ne esalta la spintaorizzontale. Parecchi danni e crolli sonogenerati dalla spinta di archi, volte e tetti,g pquesti ultimi specialmente se disorganizzati.

3) Strutture leggere3) Strutture leggere

2 7 2 7 kNkN// 22 0 28 t/0 28 t/ 22 0 6 0 6 kNkN// 22 0 06 t/0 06 t/ 22 80%80%2,7 2,7 kNkN/m/m22 0,28 t/0,28 t/mm22 0,6 0,6 kNkN/m/m22 0,06 t/0,06 t/mm22 -- 80%80%



i i i à i i i i i i i i i i i iTra le criticità per la realizzazione o il ripristino di coperture in legno in zona sismica, viè la curacura deldel puntopunto didi contattocontatto tra sottostruttura (es. muratura) e copertura lignea.Possibili soluzioni riguardo tale aspetto sono• Realizzazione di collegamenti con capichiave metallici che impediscanoimpediscano lalaRealizzazione di collegamenti con capichiave metallici che impediscanoimpediscano lala

traslazionetraslazione;• Realizzazione di cordoli-tirante in legno o in metallo opportunamente connessi sia

alla sottostruttura che alle orditure della copertura, volte a formare un bordoi i t t t i l di t l t di i ti i d isuperiore resistente a trazione nel caso di murature, un elemento di ripartizione dei

carichi all’appoggio delle orditure del tetto, e, infine, un vincolovincolo assimilabileassimilabile adadunauna cernieracerniera tra sottostruttura ed orditura della copertura.

Nodi con vari tipi di rinforzo:

a) Due bulloni posti t l ttrasversalmente

b) Due bulloni posti longitudinalmente

c) Staffe ai lati della )giunzione

d) Reggia: banda metallica regolabile

a) b) c) d)


a) b) c) d)


RRESISTENZAESISTENZA ALAL FFUOCOUOCO



IILL LLEGNOEGNO: C: COMBUSTIBILITÀOMBUSTIBILITÀ EE CCOMBUSTIONEOMBUSTIONE

Il legno, materiale organico di origine vegetale, presenta la peculiarità di essereg g g g p pmateriale combustibile e come tale, può essere completamente distrutto dall’evento diincendio, perdendo qualsiasi caratteristica fisico-meccanica se esposto a sorgenti dicalore esterne di durata e intensità sufficientemente elevate (essendo formato per quasiil 50% da carbonio)il 50% da carbonio).

La sola composizione chimica del legno nonbasta a descrivere il comportamento al fuocodelle strutture che lo utilizzano. In fase dicollasso l’organizzazione del materiale a livellocollasso, l organizzazione del materiale a livellomacroscopico svolge un ruolo decisivo.Ad esempio difetti che «a freddo» sonotrascurabili (presenza di nodi nelle lamelle


(pinterne) diventano critici in caso di incendio.


La combustione del legno avviene per decomposizione termica delle sostanze che locompongono: il processo è particolarmente complesso, ma essendo in gran partecomposto da cellulosa, emicellulose e lignina, è la pirolisi di queste sostanze chegoverna il fenomeno della combustione del legno nel suo complessogoverna il fenomeno della combustione del legno nel suo complesso.

Le reazioni di pirolisi avvengono globalmente con assorbimento di energia: i loroprodotti però, esposti al calore che le ha innescate, o si ossidano direttamente conprodotti però, esposti al calore che le ha innescate, o si ossidano direttamente conproduzione di energia, o si decompongono ulteriormente dando origine ai dueprincipali combustibili originati dal legno, l’ossido di carbonio e l’idrogeno. Dunque dauna certa temperatura in poi il processo può autosostenersi.

Il potenziale energetico (calorifico) è la quantità di calore che si può sviluppare dallacombustione completa di un materiale, esso dipende dal potere calorifico del materiale(per il legno di conifera allo stato anidro è mediamente pari a 4623 kcal/kg) e da altri(per il legno di conifera allo stato anidro è mediamente pari a 4623 kcal/kg) e da altrifattori, quali: (i) contenuto di sostanze incombustibili, (ii) acqua presente nelcombustibile.In pratica il potere calorifico del legno da considerarsi nei casi pratici è più basso, adesempio per umidità pari al 15% i valori sono prossimi a 3500 kcal/kg per le latifoglie e a3790 kcal/kg per le conifere.Per umidità superiori al 65% il fenomeno non può autosostenersi, occorre la presenza diun innesco fino al raggiungimento da parte della massa combustibile di umidità inferiori


un innesco fino al raggiungimento da parte della massa combustibile di umidità inferiori.


Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:•• Meccanismo della combustioneMeccanismo della combustione• Meccanismo della trasmissione del calore• Evoluzione delle caratteristiche meccaniche del legno con la temperatura

ASSENZA D’ARIA PIROLISILa combustibilità del legno è

ASSENZA D’ARIA PIROLISI+

RESIDUOCARBONIOSO

caratteristica negativa per dueragioni:

(i) la demolizione del legnoSORGENTE DI

CALORE

CARBONIOSO

COMBUSTIONEVIVA

(i) la demolizione del legnoproduce una riduzionedelle sezioni resistenti dellemembrature,

PRESENZA D’ARIA

VIVA+

CENERI

(ii) il fenomeno fisicoesotermico può contribuirea sviluppare ulteriormente ilfuocofuoco.

La demolizione può avvenire sia in presenza che assenza d’aria (ovvero ossigeno), nelprimo caso il processo è a bilancio termico fortemente positivo, nel secondo si ha

i d i i hi i d l t i l


progressiva decomposizione chimica del materiale.


Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:• Meccanismo della combustione•• Meccanismo della trasmissione del caloreMeccanismo della trasmissione del calore

Temperatura Fenomeni

• Evoluzione delle caratteristiche meccaniche del legno con la temperatura

Di interesse per il progettista strutturale è la Temperatura Fenomeni

20°CTemperatura del provino prima d ll’i

p p gconoscenza della velocità di carbonizzazioneche conduce alla valutazione della profonditàdi materiale demolita e delle caratteristichemeccaniche del materiale al di sotto della dell’innesco

100°C Perdita d’acqua

Inizio

meccaniche del materiale al di sotto dellazona demolita.

Il legno mantiene praticamente inalterate leproprie caratteristiche meccaniche oltre che

120°C degradamento (plastificazione della lignina)

170°C Inizio della pirolisi

proprie caratteristiche meccaniche oltre chedimensionali (a meno di uno strato di pochi mmdi spessore), ciò è connesso con la ridottaconduttività termica, l’elevato calore specifico, e 170 C Inizio della pirolisi

Oltre 170°CCombustione dei prodotti della pirolisi

, p ,il basso coefficiente di dilatazione termica. Inoltreil legno è un materiale igroscopico.

IlIl calorecalore penetrapenetra aa velocitàvelocità moltomolto basse!!!basse!!!


pIlIl calorecalore penetrapenetra aa velocitàvelocità moltomolto basse!!!basse!!!


Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:Schema dei meccanismi di combustione del legno:• Meccanismo della combustione• Meccanismo della trasmissione del calore•• Evoluzione delle caratteristiche meccaniche del legno con la temperaturaEvoluzione delle caratteristiche meccaniche del legno con la temperatura

R i tR i t M d l l tiM d l l tiResistenzaResistenza Modulo elasticoModulo elastico

I coefficienti di riduzione proposti dall’Eurocodice 5 sono decisamente prudenziali rispetto ai dati sperimentali


p p p


PPROTEZIONEROTEZIONE DELDEL LLEGNOEGNO DALDAL FFUOCOUOCO

Per la difesa del legno dal fuoco si utilizzano in linea di massima:-- SistemiSistemi didi protezioneprotezione passivapassiva, che consistono generalmente in rivestimenti

incombustibili e compatti che esplicano esclusivamente un’azione isolante,in modo da proteggere il legno dall’azione del calore.

-- TrattamentiTrattamenti che agiscono direttamente sul processo di combustione delmateriale, definiti come trattamenti ignifughi o igniritardanti, che consistonosolitamente nell’applicazione nella massa o sulla superficie di sostanzecapaci di impedire o comunque ritardare l’accensione del materiale

I trattamenti di massa prevedono l’addizione al materiale legnoso di sostanze capaci di

- Inibire le reazioni di ossidazione in fase gassosa mediante la neutralizzazione diradicali in grado di combinarsi rapidamente con l’ossigeno (esempi di tali sostanzesono i derivati degli alogeni, in particolare i composti del Br).sono i derivati degli alogeni, in particolare i composti del Br).

- Svolgere gas incombustibili che, diluendo i gas infiammabili derivanti dalladegradazione termica del legno, ne impediscono l’accensione (esempi tipici sono ifosfati ammonici).



L’L’INCENDIOINCENDIO EE ILIL LEGNOLEGNO –– LL’’INCENDIOINCENDIO ««REALEREALE»»Le più moderne teorie definiscono l’incendio come sequenza di quattro fasi benp q qindentificate in funzione della temperatura nella zona interessata e del trascorrere deltempo.

Il calore somministrato dalla fonte di innesco deveinnalzare la temperatura delle masse combustibilie solo una piccola parte è coinvolta nellaproduzione di energia. Molta energia è assorbitadal riscaldamento dell’ambiente e l’innalzamentodella temperatura è lento e all’incirca lineare.

L’incendio a questo punto è sostenutoessenzialmente da combustibili in fase gassosa, conconseguente accelerazione della propagazione finog p p gal coinvolgimento di tutti i combustibili presenti.L’eventuale umidità residua viene rapidamenteeliminata. A queste temperature si ha la completacarbonizzazione del legno e l’inizio della


ggassificazione del carbone.


Le più moderne teorie definiscono l’incendio come sequenza di quattro fasi benindentificate in funzione della temperatura nella zona interessata e del trascorrere del

L’L’INCENDIOINCENDIO EE ILIL LEGNOLEGNO –– LL’’INCENDIOINCENDIO ««REALEREALE»»

indentificate in funzione della temperatura nella zona interessata e del trascorrere deltempo.

Partecipazione di tutto il materiale allaPartecipazione di tutto il materiale allacombustione. Riscaldamento delle superfici dicompartimentazione e consumo sempre maggioredi comburente. E’ la fase più pericolosa, pericolodi collasso statico fuoriuscita di fiamme pericolodi collasso statico, fuoriuscita di fiamme, pericoloper chi combatte l’incendio e per persone e cosedistanti dal focolaio iniziale.

L’esaurimento dei combustibili e la progressivapercentuale maggiore di calore disperso causanoun abbassamento della temperatura. Ilristabilimento della temperatura ambiente inizialeè molto lento e possono rimanere zone calde incui, se si rende disponibile del comburente, si puòavere di nuovo ignizione.



Sicurezza antincendio e strategieSicurezza antincendio e strategieSicurezza antincendio e strategieSicurezza antincendio e strategieLa conoscenza del comportamento di fuoco, occupanti e struttura durante unincendio è la condizione preliminare per lo sviluppo di una strategia

ti di di L i d ll’i di i i tantincendio di successo. La prevenzione dell’incendio va rivista come unrequisito di base per gli edifici, ugualmente importante rispetto alla capacità disostenere i carichi in condizioni normali. La via più efficiente di controllo deglieffetti dell’incendio è q ella di mettere in campo na strategia con adeg ataeffetti dell’incendio è quella di mettere in campo una strategia con adeguatacombinazione di misure che raggiungono l’obiettivo di sicurezza antincendio.

Il punto di partenza di qualunque strategia antincendio efficienteIl punto di partenza di qualunque strategia antincendio efficiente

- Sicurezza degli occupanti e dei vigili del fuoco- Sicurezza dei vicini e delle loro proprietàSicurezza dei vicini e delle loro proprietà- Limitazione delle perdite (struttura e contenuto)- Protezione dell’ambiente in caso di incendio

Raggiungere un livello di sicurezza completo è impossibile, dunque il livello dirischio accettato è in generale stabilito dalle autorità o rispetto alle perdite(ad esempio di concerto tra proprietario e compagnia di assicurazione).



IINCENDIONCENDIO CONVENZIONALECONVENZIONALE PERPER PROVEPROVE SPERIMENTALISPERIMENTALI ININ FORNOFORNOAdozione della curva di incendio convenzionale. In generale si fa riferimento ad unincendio normalizzato in cui la relazione temperatura tempo è espressa dalla curva diincendio normalizzato in cui la relazione temperatura tempo è espressa dalla curva diriscaldamento teorica mediaTt=345log10(8t+1)+20In cui T è la temperatura in °C del forno dopo t minuti di esposizioneIn cui Tt è la temperatura in °C del forno dopo t minuti di esposizione

La curva non presenta fase di estinzione. Èpossibile affermare che le curve nominalirappresentano un modello d'incendio più severodi quello che si può ragionevolmente prevedereall'interno d'un edificio di tipo civile, per questo leprove sperimentali attuate secondo ilprogramma termico imposto da dette curvesono cautelative. In effetti, le temperatureambientali che si possono rilevare durante unincendio d'appartamento, ad esempio, nella

lità d i i l i di 500generalità dei casi non superano valori di 500 600 °C, ben al di sotto del livello termico previstodalle curve standard per soli 30 minutid'esposizione



RRESISTENZAESISTENZA ALAL FFUOCOUOCO: A: APPROCCIOPPROCCIO NNORMATIVOORMATIVOL’approccio normativo, anche se semplificato, consente realistiche valutazioniprogettuali e di verifica Si introducono (i) la linealinea didi carbonizzazionecarbonizzazione: confine tra stratoprogettuali e di verifica. Si introducono (i) la linealinea didi carbonizzazionecarbonizzazione: confine tra stratocarbonizzato e sezione trasversale residua, (ii) sezionesezione trasversaletrasversale residuaresidua: sezionetrasversale originaria ridotta dello strato carbonizzato, (iii) sezionesezione trasversaletrasversale efficaceefficace:sezione trasversale originaria ridotta dello strato carbonizzato e di un successivo strato ingcui si considerano resistenza e rigidezza nulli.

L’Eurocodice 5 prevede tre diversemetodologie di calcolo:metodologie di calcolo:-- MetodoMetodo delladella sezionesezione efficaceefficace-- MetodoMetodo delladella resistenzaresistenza ee rigidezzarigidezza ridotteridotteMetodoMetodo delladella resistenzaresistenza ee rigidezzarigidezza ridotteridotte-- MetodiMetodi generaligenerali didi calcolocalcolo, con riferimento a

modelli di carbonizzazione, profilo ditemperatura e gradiente di umiditàtemperatura e gradiente di umiditàall’interno della sezione e valutazione diresistenza e rigidezza del legno in funzionedella temperatura e dell’umidità


della temperatura e dell umidità


Metodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficacePrevede il calcolo di una sezione efficace ottenuta riducendo la sezioneiniziale di una profonditàprofondità didi carbonizzazionecarbonizzazione efficaceefficace def calcolata come:

ef char,n 0 0d d k d

d profondità di sezione da depurare perdef profondità di sezione da depurare perottenere la sezione trasversale efficacedchar,n profondità di carbonizzazioneideale pari a n·t, essendo n una velocitàdi carbonizzazione ideale che include glieffetti di fessurazioni e arrotondamentod li i lidegli spigolik0 coefficiente variabile tra 0 e 1d0 7mm valore massimo di differenza trad0 7mm, valore massimo di differenza trasezione residua ed efficace



Metodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficaceMetodo della sezione efficacePrevede il calcolo di una sezione efficace ottenuta riducendo la sezioneiniziale di una profonditàprofondità didi carbonizzazionecarbonizzazione efficaceefficace def calcolata come:

ef char,n 0 0d d k d

Nel caso monodimensionale (ad esempio solaioNel caso monodimensionale (ad esempio solaioligeo con intradosso piano) la profondità dicarbonizzazione può essere calcolata con unavelocità di carbonizzazione più aderente allevelocità di carbonizzazione 0 più aderente alleprove dchar,0=0·t

Nel caso in cui si tenga conto dell’effetto dellosmusso che si crea negli spigoli di sezione a causadell’esposizione al fuoco sulle facce contigue, si puòadottare la velocità di carbonizzazione 0: in tal casoil i d ll è t l llil raggio dello smusso è assunto uguale allaprofondità di carbonizzazione dchar,0. I valori di 0 e nsono tabellati in funzione della tipologia di legno(conifere latifoglie etc )


(conifere, latifoglie, etc..)


PPROTEZIONEROTEZIONE DEGLIDEGLI ELEMENTIELEMENTI EE DEIDEI COLLEGAMENTICOLLEGAMENTI

La protezioneprotezione passivapassiva degli elementi mediante pannellipannelli richiede una correttacorrettatt itt i ( lt di i t d l ll ) f ttf tt i t ll ii t ll iprogettazioneprogettazione (scelta e dimensionamento del pannello) e una perfettaperfetta installazioneinstallazione

al fine di non perdere l’efficacia della protezione, per esempio per un fissaggioerrato o insufficiente. In generale per i pannelli in legno e cartongesso è sufficienteaffidarsi alle regole di installazione fornite con il prodotto Per i pannelli in silicato diaffidarsi alle regole di installazione fornite con il prodotto. Per i pannelli in silicato dicalcio, considerato che essi possono dare un contributo notevole all’aumentodella resistenza al fuoco dell’elemento o del collegamento, è in genere richiestauna lunghezza minima di penetrazione la ≥ 10 mm nella sezione residua.g p a

Infine è regola generale che il singolo pannello di spessore hp, nel caso dischermatura a più strati, sia fissato direttamente al legno e non ad altri pannelli.

IlIl puntopunto deboledebole perper lala resistenzaresistenza alal fuocofuoco didi unauna strutturastruttura lignealignea sonosono iicollegamenticollegamenti, considerato che le loro resistenze, in mancanza di precisecalcolazioni, sono inferiori ai 30 minuti. LaLa protezioneprotezione deldel collegamentocollegamentomeccanicomeccanico delladella strutturastruttura lignealignea sisi rivelarivela essenzialeessenziale aiai finifini deldel raggiungimentoraggiungimentodelledelle notevolinotevoli prestazioniprestazioni didi resistenzaresistenza alal fuocofuoco cheche l’elementol’elemento ligneoligneo puòpuò giàgiàintrinsecamenteintrinsecamente fornirefornire..


Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzioneRiferimenti bibliografici:• Piazza, M., Tomasi, R., & Modena, R. (2005). Strutture in legno. Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove( ) g p g

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