Università degli Studi di Trento Università degli Studi di Brescia Università degli Studi di Padova Università degli Studi di Trieste

Istituto Universitario di Architettura di Venezia

Roberto Tomasi

ELEMENTI LIGNEI A DUTTILITÀ CONCENTRATA, A DUTTILITÀ

DIFFUSA E PSEUDODUTTILI: STATO DELL'ARTE, RICERCA E

SVILUPPO DI TECNOLOGIE INNOVATIVE.

Prof. Maurizio Piazza (relatore) Prof. Maria Adelaide Parisi (correlatore)

Febbraio, 2004

UNIVERSITÀ’ DEGLI STUDI DI TRENTO Dottorato di ricerca in Modellazione, Conservazione e Controllo dei Materiali e delle Strutture XVI ciclo Prof. Oreste Bursi (coordinatore) Esame finale: 26 febbraio 2004 Commissione esaminatrice: Prof. André Plumier, Université de Liège, Institut de Mécanique et Génie Civil, Liège, Belgio Prof. Alessandro De Stefano, Politecnico di Torino,Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica, Italia Prof. Oreste S. Bursi, Università Degli Studi Di Trento, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale, Italia

ELEMENTI LIGNEI A DUTTILITÀ CONCENTRATA, A DUTTILITÀ

DIFFUSA E PSEUDODUTTILI: STATO DELL'ARTE, RICERCA E

SVILUPPO DI TECNOLOGIE INNOVATIVE

di Roberto Tomasi

SOMMARIO

Questo lavoro di tesi ha avuto come obiettivo principale lo studio di elementi lignei innovativi, caratterizzati dal comportamento post-elastico a rottura. Tale studio ha riguardato sia alcuni sistemi di connessione (duttilità concentrata), sia elementi lignei soggetti principalmente a flessione (“pseudoduttità” o “duttilità diffusa”): in questo ultimo caso si sono proposte ed analizzate alcune soluzioni tecnologiche innovative per elementi inflessi. Nella prima parte del lavoro di tesi si è analizzato lo stato dell’arte della ricerca sismica nell’ambito delle strutture lignee, sia per quanto riguarda le strutture intelaiate che per altre tipologie costruttive, concentrando l’attenzione sugli sforzi di caratterizzazione del grado di duttilità globale delle strutture. Poiché, allo stato attuale della tecnologia, le maggiori risorse duttili sono affidate al comportamento post-elastico dei collegamenti lignei, si è ritenuto opportuno illustrare lo stato dell’arte della ricerca sul comportamento meccanico delle connessioni. Inoltre, l’indagine si è soffermata con particolare attenzione sui collegamenti con barre incollate, riportando i risultati di un’indagine numerica e sperimentale, e proponendo un approccio ad una progettazione duttile. Nella seconda parte del lavoro di tesi sono state analizzate alcune tecnologie innovative, volte alla realizzazione di travi lignee pseudoduttili o a duttilità diffusa. Per ottenere tale comportamento sono state adottate strategie di accoppiamento con altri materiali più resistenti oppure dotati di duttilità, sfruttando al contempo le stesse risorse post-elastiche del legno sollecitato a compressione. Viene inoltre illustrato un modello numerico del comportamento pseudoduttile, e si riportano e commentano i risultati dell’indagine sperimentale.

DUCTILITY AND PSEUDODUCTILY IN TIMBER ELEMENTS: STATE OF THE ART, RESEARCH AND DEVELOPMENT OF

INNOVATIVE TECHNOLOGIES.

by Roberto Tomasi

SUMMARY

The research hereinafter described aims at analyzing innovative timber elements, characterized by post-elastic behaviour up to failure. This research has been concerned mechanical joints in timber structures (concentrate ductility), and new technological approachs for timber beams, based to the concept of “pseudoductility”, and “diffuse” ductility. The first part of the thesis investigates the state of the art of the seismic characterization of timber structures, referring to different building technologies (post and beam, shear walls, heavy timber, etc.), focusing on the attempts of assigning a ductile behaviour factor to each typology of structure. So far the energy dissipation in timber structures has been obtained by resorting to plastic deformations occurring in the mechanical joints (e.g. dowel/nail metal connectors). Consequently, a chapter of the thesis has been dedicated to the analysis of the mechanical behaviour of such connection: an appropriate numerical and experimental investigation on glued-in steel bars joints has been reported. The second part of the thesis has considered innovative technologies, in order to achieve ductile or pseudoductile behaviour in timber beams, resorting to the ductile behaviour of wood in compression in mixed glulam beam manufactured coupling laminations of different wood species, or coupling wood with other ductile material as in homogeneous glulam beam reinforced with steel bars. A numerical model for post-elastic behaviour of timber beams subjected to pure bending forces has been proposed, in order to validate the results of a an experimental survey on such technologies.

A mia moglie Cinzia

RINGRAZIAMENTI Questo lavoro è frutto della mia esperienza iniziata nel 2001 presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale dell’Università degli Studi di Trento, sotto la supervisione del prof. Maurizio Piazza, a cui sono principalmente debitore per la fiducia accordatami durante il mio percorso di studi, e per il costante supporto fornitomi attraverso discussioni, consigli ed incoraggiamenti. In questi anni ho avuto il piacere di lavorare con Roberto Crocetti, il quale mi ha trasmesso con generosità, attraverso stimolanti discussioni, la sua esperienza acquisita nella ricerca nell’ambito dell’ingegneria strutturale. Durante l’ultimo anno ho avuto l’opportunità di seguire, anche con la collaborazione dell’ing. Gianluca Sartori, diverse tesi di laurea, lavorando molto proficuamente su alcuni degli argomenti illustrati di seguito in questa tesi di dottorato: vorrei quindi esprimere la mia gratitudine ai laureandi Albino Angeli e Gionata Fiorini, nonché al neo-ingegnere Alessandro Fontanari. Sono inoltre grato a tutte le persone che mi hanno aiutato durante la fase di sperimentazione presso il Laboratorio di Prove Materiali e Strutture dell’Università di Trento: l’ingegnere Marco Molinari, i tecnici Luca Corradini, Tiziano Dalla Torre, Sfefano Girardi, Alfredo Pojer, ed il mio “collega” di ciclo Fabio Ferrario. Una parte del lavoro di seguito illustrato si è svolta nell’ambito del progetto di ricerca CoDuLe, sotto la supervisione dell’ing. Massimo Del Senno: un ringraziamento va a lui e a tutte le persone che mi hanno assistito nella fase sperimentale svolta presso l’Istituto per la Valorizzazione delle Specie Arboree di San Michele all’Adige (Trento), Gilberto Bellino, Brunelio Lazzeri, Franco Paganini, Mario Pinna. Desidero inoltre ringraziare l’Istituto di Sperimentazione per la Pioppicoltura di Casale di Monferrato, nella persona del dott. Gaetano Castro, per la fornitura del legname di pioppo, l’ingegnere Claudio Cattich di TrentinoLegno S.p.A. per la fornitura delle travi armalam®. Un ringraziamento va inoltre all’ing. Luca Gottardi, di Armalam® S.l.r, per la disponibilità manifestatami nel fornire i dati sperimentali delle prove da lui effettuate, e la prof. Maria Adelaide Parisi, per i suoi preziosi consigli ed incoraggiamenti sulla modellazione numerica e sul lavoro di tesi in generale. Desidero infine ringraziare la mia famiglia, per l’affetto ed il sostegno che hanno saputo darmi in questi anni.

Trento. Febbraio 2004 Roberto Tomasi

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INDICE

PREMESSA Capitolo 1 Introduzione sul comportamento sismico di strutture lignee .....................................1

1.1 Introduzione .................................................................................................... 1 1.2 Analisi del comportamento sismico di alcune tipologie costruttive lignee .... 11

1.2.1 Edifici con intelaiatura lignea.................................................................. 11 1.2.2 Stato dell’arte della ricerca sulle pareti a taglio...................................... 15 1.2.3 Stato dell’arte sul comportamento sismico di strutture lignee tradizionali......................................................................................................................... 18

1.3 Bibliografia .................................................................................................... 24 Capitolo 2 Il comportamento meccanico delle connessioni a gambo cilindrico ............................29

2.1 Introduzione .................................................................................................. 29 2.2 Modelli di comportamento del singolo connettore cilindrico ......................... 40

2.2.1 Modellazione dell’andamento degli sforzi .............................................. 40 2.2.1 European yield model............................................................................. 42 2.2.3 Modellazione del comportamento carico-spostamento.......................... 45

2.3 Comportamento delle connessioni multiple a gambo cilindrico.................... 50 2.3.1 Comportamento a rottura di una connessione multipla ......................... 50 2.3.2 Modelli meccanici degli effetti di gruppo ................................................ 51 2.3.3 Approcci normativi agli effetti di gruppo ................................................. 62

2.4 Studi presenti in letteratura sulle proprietà dissipative delle connessioni e dei sistemi strutturali lignei........................................................................................ 66 2.5 Bibliografia .................................................................................................... 72

Capitolo 3 Il comportamento meccanico dei collegamenti lignei con barre di acciaio incollate79

3.1 Generalità: le colle ed il legno....................................................................... 79 3.2 Stato dell’arte sulle barre incollate................................................................ 86 3.3 Modellazione numerica del comportamento delle barre incollate............... 104 3.4 Analisi sperimentale e trattazione dei risultati............................................. 110 3.5 Progettazione duttile delle strutture lignee utilizzando barre metalliche incollate ............................................................................................................. 113 3.6 Bibliografia .................................................................................................. 113

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Capitolo 4 Elementi in legno lamellare con comportamento pseudoduttile............................127

4.1 La resistenza a flessione di un elemento ligneo......................................... 127 4.2 Approccio ad una progettazione pseudoduttile delle travi lignee ............... 132 4.3 Tecnologie pseudoduttili ............................................................................. 142

4.3.1 Travi in legno lamellare bispecie e combinato ..................................... 142 4.3.2 Travi rinforzate ..................................................................................... 146 4.4 Modellazione numerica ........................................................................... 152 4.4.1 Comportamento in fase elastica e post-elastica .................................. 152 4.4.2 Uno strumento di analisi strutturale...................................................... 162 4.4.3 Costruzione del diagramma forza-spostamento .................................. 170 4.4.5 Finalità del modello numerico .............................................................. 175

4.6 Indagine sperimentale su tecnologie pseudoduttili ..................................... 175 4.6.1 Introduzione.......................................................................................... 175 4.6.2 Prove di caratterizzazione meccanica dei materiali ............................. 176 4.6.3 Prove di flessione su elementi pseudoduttili ........................................ 179 4.6.4 Analisi dei risultati sperimentali ............................................................ 183

4.7 Bibliografia .................................................................................................. 189 Capitolo 5 Elementi a duttilità diffusa......................................................................................193

5.1 Introduzione e stato dell’arte....................................................................... 193 5.2 Un caso studio per una soluzione a secco: analisi dei risultati e sviluppi futuri.......................................................................................................................... 198 5.4 Bibliografia .................................................................................................. 199

Conclusioni .............................................................................................203 Appendice A Il modello numerico .................................................................................................1

A.1 Algoritmi per la determinazione delle modalità di collasso............................. 1 A.2 Algoritmi per la determinazione del diagramma momento curvatura........... 11 A.3 Algoritmi per la determinazione del diagramma forza spostamento ............ 15 A.4 Breve descrizione del software Codule 2003............................................... 18

Appendice B Le sperimentazioni .................................................................................................1

B.1 Prove di compressione sui provini di pioppo.................................................. 1 B.1.2 Preparazione dei provini e condizionamento........................................... 1 B.1.2 Esecuzione delle prove a compressione ................................................. 3 B.1.3 Acquisizione dei risultati dell’indagine sperimentale................................ 5

B.2 Prove su elementi pseudoduttili ..................................................................... 7 B.1 Preparazione dei provini ............................................................................. 7 B.2.2 Modalità di esecuzione delle prove........................................................ 10

B.3 Prove su elementi a duttilità diffusa.............................................................. 14

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B.4 Prove push-out e pull-pull............................................................................. 16 Appendice C Appended papers .................................................................................................1

Del Senno M., Piazza M., Tomasi R. (2004) Axial glued-in steel timber joints - experimental and numerical analysis, accepted for publication on Holz als Roh und Werkstoff Del Senno M., Paganini F., Piazza M., Tomasi R. (2003) Investigation on failure behavior of mixed-species glued laminated timber beams, Proceedings of Building Integration Solutions Architectural Engineering 2003 Conference Austin, Texas, 17-20 September 2003

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Premessa

Il lavoro svolto riguardante lo studio del comportamento post-elastico a rottura dei collegamenti comunemente utilizzati nella tecnica costruttiva delle strutture lignee, ed al progetto ed alla verifica di alcune soluzioni tecnologiche innovative, caratterizzate da proprietà a rottura indicate come “pseudoduttità” o “duttilità diffusa”, si colloca nell’ambito di un progetto denominato Co.Du.Le. (acronimo di Comportamento Duttile del Legno), nato dalla collaborazione fra l’Università degli Studi di Trento, l’Istituto per la Valorizzazione del Legno e delle Specie Arboree di San Michele all’Adige (TN) e il Politecnico di Milano, progetto che si propone di indagare le risorse plastiche del materiale ligneo con l’intento di introdurre delle innovazioni tecnologiche atte a conferire al comportamento globale delle strutture lignee una maggior duttilità, sia a livello di collegamenti che di membrature, e di studiarne i possibili benefici derivanti dalla eventuale possibilità di un approccio all’analisi limite, e dall’incremento delle capacità di dissipazione energetica della struttura stessa sottoposta a sollecitazioni dinamiche. Allo stato della tecnologia attuale è possibile garantire alle strutture lignee un certo grado di risorse plastiche, e quindi di dissipazione energetica, esclusivamente in funzione del comportamento duttile delle connessioni meccaniche, in cui possono formarsi meccanismi di cerniere plastiche negli elementi di acciaio, accompagnate da fenomeni di rifollamento del legno a compressione. Conseguentemente la normativa europea (Eurocode 8 prEN 1998-1:200X Revised Final PT Draft, preStage 49, Draft May 2002) assegna alle strutture in legno diversi gradi di capacità di dissipazione energetica (bassa capacità, media capacità, alta capacità), anche in funzione del grado di ridondanza strutturale: per ognuna di queste tre classi corrisponde un parametro ingegneristico denominato fattore globale di struttura q, con cui è possibile effettuare il dimensionamento semplificato di una struttura sismoresistente tenendo in conto anche delle capacità dissipative. Nel caso ad esempio di edifici a civile abitazione ad intelaiatura in legno ad alto grado di iperstaticità, realizzati secondo sistemi costruttivi diffusi in moltissimi paesi, ma praticamente assenti in Italia (sistema “post and beam” in Giappone, sistema “platform frame” nei paesi anglosassoni), è possibile assegnare un fattore q variabile da 3 a 5, paragonabile ai valori raggiunti da strutture realizzate con materiali costruttivi intrinsecamente più duttili come l’acciaio e il cemento armato. La prima parte del lavoro di tesi è quindi volta all’analisi della duttilità globale delle strutture lignee, sia per quanto riguarda le strutture intelaiate che per altre tipologie

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costruttive per le quali non risulta possibile fare affidamento ad alti valori di capacità di dissipazione energetica, a causa del basso grado di vincolo, e dalla ridotta presenza di elementi strutturali duttili, considerando anche l’impossibilità di beneficiare di un comportamento post-elastico delle membrature lignee. Una successiva parte del lavoro è stata invece dedicata all’analisi del comportamento dei collegamenti semirigidi realizzati con elementi a gambo metallico, concentrando l’attenzione sui problemi di caratterizzazione di una serie di parametri meccanici qualificanti, come la rigidezza dell’unione ed i valori di duttilità. Da questa analisi sono emerse problematiche ancora aperte dello stato attuale della ricerca sui collegamenti lignei, quali quelle relative al comportamento delle connessioni multiple a gambo cilindrico (definizione del numero efficace di elementi), ed alla previsione di effetti meccanici non tenuti in considerazione dalla classica teoria predittiva di Johansen che sta alla base delle attuali normative (effetto cavo, meccanismi di rottura fragile indotte dalle tensioni di splitting). Allo studio del comportamento meccanico si è affiancata un’indagine sulle nuove tecnologie di produzione attualmente disponibili per la realizzazione di tali connessioni, tecnologie che in parte possono risolvere le problematiche messe in evidenza dalla ricerca, e contribuire ad aumentare i valori di rigidezza, resistenza e duttilità. Un’attenzione particolare è stata rivolta a due tipologie di per i quali è stata predisposta una confacente indagine sperimentale e numerica: connettori metallici a gambo cilindrico opportunamente disposti con diverse inclinazioni nelle unioni a taglio al fine di un ottenere un miglioramento del comportamento meccanico; collegamenti con barre incollate. La seconda parte del lavoro di tesi riguarda aspetti più innovativi relativi all’individuazione e lo studio di tecnologie per la realizzazione di travi lignee pseudoduttili o a duttilità diffusa. Per ottenere tale comportamento si sono adottate strategie di accoppiamento con altri materiali più resistenti oppure dotati di duttilità, sfruttando però anche la stesse risorse post-elastiche del legno sollecitato a compressione. Il primo approccio è nato considerando il comportamento sperimentale del legno netto sollecitato a flessione statica: la parte del legno sottoposta a compressione viene snervata prima del raggiungimento della rottura fragile del lembo teso, inducendo un fenomeno che è stato indicato con il termine “pseudoduttilità”, intendendo con tale termine una proprietà di duttilità che si manifesta per carichi statici monotoni, e che viene inevitabilmente a mancare all’atto di inversione dei carichi. Inoltre una ricerca su dati sperimentali reperibili in letteratura ha mostrato che soluzioni di rinforzo tramite accoppiamento di elementi lignei con altri materiali più rigidi e più resistenti, presentano un comportamento a rottura che, molto spesso, si presenta come duttile. Le soluzioni tecnologiche sperimentate seguendo questo approccio sono state: elementi in legno lamellare combinato utilizzando

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specie legnose differenti oppure classi di resistenza differenti; elementi in legno lamellare rinforzato con barre di armatura per cemento armato incollate nelle lamelle (tecnologia armalam®). Nel caso di elementi in legno lamellare combinato si è previsto l’utilizzo di specie legnose attualmente utilizzate in Italia in ambito strutturale quali l’abete rosso (Picea Abies), il larice (Larix decidua) ed il rovere (Quercus petrae), e la sperimentazione di un utilizzo strutturale di altre specie legnose quali l’eucalipto ed il pioppo, coltivate fuori foresta e caratterizzate da elevata velocità di accrescimento (cicli di coltivazione inferiori ai 10 anni). Per tali specie la scelta si è indirizzata su un particolare clone di ibridi euroamericani per il pioppo (I 214), e su un clone di eucalipto di origine sudamericana (eucaliptus grandis). Si è quindi previsto lo studio, attraverso una campagna di sperimentazione, di elementi in legno lamellare monospecie con lamelle di diverse classi scelte attraverso una classificazione visuale, e di elementi realizzati accoppiando specie legnose come il larice, l’eucalipto, l’abete ed il rovere nella zona tesa, ed il pioppo per la zona compressa: l’utilizzo della specie legnosa a miglior comportamento meccanico limitatamente al lembo inferiore permette di ottenere delle sezioni molto più efficienti dal punto di vista strutturale in termini di leggerezza e dalla caratteristiche di resistenza analoghe, e con un comportamento a rottura migliore in termini di duttilità. Il pioppo, in particolare, presenta una buona resistenza a taglio, rivelandosi quindi adatto all’utilizzo laddove gli sforzi tangenziali sono massimi, ossia in corrispondenza dell’asse neutro della trave, mentre presenta bassi valori di snervamento a compressione tali da consentire un aumento della zona superiore plasticizzata. Nel caso di elementi in legno lamellare armato si sono invece utilizzate lamelle in legno di Abete rosso armate in maniera opportuna e disposte nella parte bassa della trave in modo da indurre la plasticizzazione del lembo compresso ed una eventuale plasticizzazione delle barre inferiori. Un secondo approccio per la realizzazione di elementi duttili è stato quello di accoppiare elementi in legno tramite connettori verticali a taglio, sfruttando la possibilità di plasticizzazione degli elementi metallici e del legno compresso ortogonalmente alle fibre: questa soluzione è stata indicata con il termine “duttilità diffusa”, intendendo un comportamento meccanico che non coinvolge le sezioni più sollecitate a momento, ma che è piuttosto legato alle distribuzione delle sollecitazioni tagliati indotte dallo scorrimento relativo delle singole lamelle. Il percorso di ricerca seguito in questo lavoro di tesi ha previsto l’elaborazione di modelli numerici utili sia per la definizione del comportamento in campo plastico con finalità di progetto delle sperimentazioni preliminari, relativamente alle diverse soluzioni tecnologiche, sia come strumento di verifica e di confronto di risultati sperimentali. A tal fine è stato elaborato un codice di calcolo (denominato CoDuLe2003) in grado di prevedere, a partire dalle caratteristiche geometriche e

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da qualsivoglia legame costitutivo dei materiali, il comportamento a rottura della sezione. L’efficacia di tale codice di calcolo è stata verificata per mezzo di strumenti dall’utilizzo più consolidato come i programmi di modellazione meccanica agli elementi finiti. L’ultima fase del lavoro di ricerca ha riguardato una serie di campagne sperimentali. Per quanto riguarda gli elementi in legno lamellare combinato si è in primo luogo proceduto alla caratterizzazione del materiale, e successivamente ci si è dedicati alla valutazione del comportamento flessionale delle tipologie di elementi lignei illustrati precedentemente. La caratterizzazione del materiale, resa necessaria dall’utilizzo di una specie legnosa come il pioppo mai sperimentata nella tecnica del legno lamellare, è avvenuta attraverso l’esecuzione di prove in compressione su piccoli provini di legno netto, mentre la valutazione del comportamento flessionale a rottura è stata condotta attraverso l’esecuzione di prove a flessione a quattro punti su provini in dimensioni quasi strutturali. Inoltre è stato determinato sperimentalmente l’andamento del legame costitutivo del legno di pioppo a compressione, descritto tramite alcuni modelli analitici trovati in letteratura (modello triangolo-rettangolo, modello di Bazant, modello di O-Halloran). I risultati delle sperimentazioni hanno mostrato alti valori di duttilità per elementi in legno lamellare combinato, pur evidenziando l’influenza decisiva della presenza di difetti sul comportamento ultimo a rottura. Le prove su elementi in legno lamellare rinforzato sono state eseguite su due sezioni che si differenziavano sia per la disposizione delle armature che per la presenza in un caso di una serie di tagli lungo la trave sulle prime due lamelle del lembo inferiore, effettuati con un passo prestabilito con l’obiettivo di confrontare una sezione “interamente reagente” con una “parzializzata”. Infatti in seguito di trattazioni teoriche si era osservato che la presenza di un materiale come il legno, con valori di resistenza a trazione molto elevati paragonati a quelli del calcestruzzo, determina un valore di picco nel diagramma momento-curvatura corrispondente alla rottura delle prime fibre inferiori, seguito da un tratto discendente. Nell’intento di ridurre tale picco sono stati realizzati questi tagli in modo tale da creare artificialmente una sezione già “parzializzata”. I risultati sperimentali hanno confermato la trattazione teorica effettuata, dimostrando che nel caso di una sezione in legno lamellare armato interamente reagente la duttilità risulta piuttosto bassa, pur consentendo notevoli deformazioni plastiche successive ai valori di picco, mentre nel caso della sezione con tagli invece la duttilità risulta molto alta pur tuttavia con una diminuzione notevole del valore di momento ultimo. In generale è comunque possibile affermare che in tale tecnologia i risultati in termini di duttilità sono migliorativi rispetto a quelli di una trave realizzata in legno lamellare non armato.

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Nelle prove sugli elementi in legno lamellare con connettori a taglio deformabili si è sperimentato l’utilizzo di viti metalliche autofilettanti, cioè di una soluzione “a secco” che presenta notevoli vantaggi in termini tecnologici confrontata con altre soluzioni “a duttilità diffusa” proposte in passato in cui si utilizzavano elementi incollati. I primi risultati delle prove sperimentali hanno dato risultati lusinghieri in termini di duttilità, evidenziando comunque alcune problematiche ancora non risolte. In conclusione è possibile affermare che le innovazioni tecnologiche introdotte permettono di migliorare sensibilmente il comportamento plastico di un elemento in legno lamellare garantendo valori di duttilità molto elevati.

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Conclusioni

La prima difficoltà del lavoro di ricerca effettuato nell’ambito del tema della duttilità nelle strutture lignee è stato principalmente di carattere bibliografico. Non esiste infatti una letteratura scientifica consolidata sull’argomento: nell’ambito delle strutture di legno, si da infatti per scontato un comportamento fragile del materiale, per il quale è opinione comune non fare affidamento ad alcuna risorsa plastica. Tuttavia questo approccio può essere facilmente messo in discussione, come si è fatto nel primo capitolo trattando del comportamento “globale” delle strutture lignee in zona sismica. Il buon comportamento delle strutture lignee a seguito di sismi anche violenti trova la sua giustificazione principalmente nella possibilità di trovare fonti alternative di duttilità a fronte di una fragilità intrinseca del materiale. Per esempio i sistemi strutturali dotati di grande ridondanza strutturale e con mezzi di collegamento meccanici a gambo cilindrico hanno mostrato un’ottima capacità di dissipazione energetica: tale capacità è stata quantificata da campagne sperimentali ad hoc su alcune tipologie strutturali, e recepita nelle normative con l’assegnazione di fattori di struttura paragonabili a quelli che si possono ottenere con materiali da costruzione dal comportamento intrinsecamente duttile. In una prima fase del lavoro l’attenzione si è quindi rivolta alla caratterizzazione del comportamento meccanico di diverse tipologie di collegamenti. Nel capitolo secondo si è riportata un ampia panoramica sullo stato dell’arte della ricerca sul comportamento meccanico dei collegamenti metallici a gambo cilindrico. I risultati delle precedenti ricerche sull’argomento hanno evidenziato diverse problematiche tuttora aperte, come quelle relative comportamento semi-rigido delle connessioni lignee, ed alla definizione di parametri di duttilità in funzione delle grandezze geometrico–meccaniche della connessione. Diverse “strategie” sono

CONCLUSIONI

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state messe in atto da diversi ricercatori allo scopo di incrementare le proprietà di resistenza e duttilità della connessione: nell’ambito dello studio dei collegamenti con connettori metallici a gambo cilindrico è stata analizzata la proposta disporre nelle unioni a taglio i connettori con diverse inclinazioni. I primi risultati sperimentali su tale proposta hanno dato risultati lusinghieri sia in termini di resistenza che duttilità, soddisfacendo ottimamente le caratteristiche di rigidezza e duttilità indicate dagli obiettivi della ricerca sui nodi semi-rigidi, illustrati sinteticamente in figura 2.5. Tali risultati hanno indicato i futuri indirizzi della ricerca verso l’approfondimento sperimentale di tali soluzioni, e verso lo studio delle possibilità di progettazione duttile di elementi strutturali più complessi a partire da un’ipotesi accertata di duttilità di collegamento. Lo studio dei collegamenti con barre incollate si è articolato in una fase di analisi numerica ed in una fase successiva di verifica sperimentale: accanto ai risultati ottenuti da queste indagini si è riportata un’ampia panoramica dei risultati reperibili in letteratura, ed un’analisi critica delle recenti proposte di dimensionamento riportate in alcune normative sia di carattere nazionale che internazionale. L’analisi ha permesso di concludere che, nel progetto dei collegamenti con barre incollate, grande importanza deve essere prestata alla scelta del tipo di adesivo non solo in termini di caratteristiche meccaniche, ma anche di altre caratteristiche come le proprietà di lavorabilità (viscosità) del formulato, che possono facilitare le operazioni di incollaggio e risultare determinanti per garantire la riuscita. Anche per queste tipologie di collegamenti è stata ipotizzata una possibilità di progettazione duttile, sfruttando la possibilità di far giungere allo snervamento l’acciaio prima che la rottura avvenga nella zona di incollaggio: tale ipotesi di comportamento deve comunque ancora trovare un’opportuna verifica sperimentale. Il quarto ed il quinto capitolo della tesi riportano gli studi effettuati sul comportamento duttile a flessione di elementi lignei: i due temi di ricerca trattati sono indicati con i termini pseudoduttilità e duttilità diffusa. L’elemento più innovativo di questo lavoro di ricerca è rappresentato dallo studio sulle tecnologie pseudoduttili: non esistono infatti allo stato dell’arte studi approfonditi finalizzati ad indagare la reale possibilità di un comportamento duttile di elementi in legno lamellare in dimensioni strutturali, ed eventualmente a caratterizzare tali proprietà post-elastiche. I risultati sperimentali su elementi in dimensioni quasi strutturali hanno evidenziato che tali possibilità esistono nel legno lamellare bi-specie e combinato in maniera più marcata rispetto al materiale monospecie: in tali casi infatti si sono osservati valori di duttilità a flessione talvolta superiori a 5. Questi risultati sono stati ottenuti con lamelle di dimensioni ridotte rispetto alle dimensioni normali di produzione, e con un accurata combinazione delle classi di qualità dei segati selezionati con metodi visuali: rimane quindi ancora inesplorata la possibilità di “progettare” e verificare in maniera affidabile tali

CONCLUSIONI

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proprietà in elementi in legno lamellare all’interno di un reale ciclo di produzione industriale (quindi con dimensioni maggiori sia degli elementi che delle lamelle). I risultati sugli elementi in legno lamellare armato hanno dato risultati contrastanti: le travi con armatura “bilanciata” (cioè progettata con le armature disposte in maniera asimmetrica, con il fine di ottenere un comportamento duttile della sezione) non hanno mostrato una significativa resistenza post-elastica; nel caso di travi armate e con appositi intagli, si è osservato nelle curve carico-spostamento un tratto plastico molto pronunciato, a spese però di una minore resistenza e rigidezza della trave. I possibili indirizzi futuri di un’attività di ricerca sul comportamento duttile delle travi armate sono legati all’individuazione di una soluzione con caratteristiche di rigidezza e resistenza “intermedie” rispetto ai casi analizzati, quindi con obiettivi molto simili a quelli illustrati sinteticamente in figura 2.5 per i collegamenti semirigidi. Nelle prove illustrate nel quinto capitolo gli elementi a duttilità diffusa hanno mostrato ottimi valori di duttilità, ma con scarsi valori di rigidezza e resistenza. Occorre comunque sottolineare che, dato il carattere di “test pilota”, non è stato effettuata una reale progettazione del campione da sperimentare, né sono state eseguite prove preliminari, oggetto invece di una successiva fase di ricerca, attualmente ancora in corso. Allo stato attuale la sperimentazione si è quindi indirizzata verso l’analisi dei diversi sistemi di connessione che si possono ottenere utilizzando come connettore elementare una vite del tipo WT-T SFS Intec©, variamente disposta con diverse inclinazioni all’interno dell’elemento ligneo: le prime analisi hanno fornito dati confortanti sia in termine di caratteristiche di duttilità che di resistenza del sistema di connessione elementare. Obiettivo di tale fase è giungere ad una definizione precisa delle caratteristiche meccaniche di connessione elementare dal comportamento duttile, al fine di utilizzare tale connessione per la realizzazione e la sperimentazione di elementi lignei composti a “duttilità diffusa”.