Appunti di Progetto di costruzioni in legno e muratura

Indice

Costruzioni in legno ......................................................................................................................... 3

Sviluppo sostenibile ......................................................................................................................... 3

Cenni storici .................................................................................................................................... 3

Legno in generale ............................................................................................................................. 3

I difetti del legno (quadro normativo tecnologico) .............................................................................. 4

Durabilità, agenti di degrado e classi d’uso ........................................................................................ 4

Prodotti di tipo piano ........................................................................................................................ 5

Costituzione del tronco .................................................................................................................... 5

Effetto volume ................................................................................................................................. 6

Classificazione del legno .................................................................................................................. 6

Resistenza a flessione ...................................................................................................................... 6

Formule di combinazione delle azioni (NTC / EC5) ............................................................................. 8

Verifiche di resistenza ...................................................................................................................... 9

Verifica agli stati limite di esercizio (SLE) ........................................................................................... 9

Resistenza al fuoco ........................................................................................................................ 10

Metodi di calcolo analitico EC5 ...................................................................................................... 11

Esercitazione ................................................................................................................................. 12

Verifiche di stabilità........................................................................................................................ 12

Instabilità di colonna ...................................................................................................................... 12

Instabilità di trave .......................................................................................................................... 13

Capriate ........................................................................................................................................ 14

Sistemi di controventamento .......................................................................................................... 15

Travi speciali .................................................................................................................................. 16

Travi rastremate ............................................................................................................................. 16

Travi curve ..................................................................................................................................... 16

Travi centinate ............................................................................................................................... 17

Verifiche delle travi speciali ............................................................................................................ 17

Verifica a flessione nella zona rastremata ....................................................................................... 17

Verifica per tensioni longitudinali nella zona di colmo ...................................................................... 18

Verifica delle tensioni di flessione ................................................................................................... 18

Verifica delle tensioni trasversali .................................................................................................... 18

Non linearità delle tensioni normali di flessione .............................................................................. 19

Sezione di massima attenzione per flessione nella trave rastremata ................................................ 19

Verifica di deformabilità per le travi rastremate................................................................................ 19

Travi con intagli o rastremazioni di estremità ................................................................................... 20

Collegamenti ................................................................................................................................. 20

Connessioni di carpenteria............................................................................................................. 21

Collegamenti di tipo meccanico ..................................................................................................... 24

Piani di taglio ................................................................................................................................. 25

Costruzioni in muratura .................................................................................................................. 26

Tipologie di muratura ..................................................................................................................... 26

Regola dell'arte nelle murature storiche .......................................................................................... 27

Comportamento costitutivo della muratura .................................................................................... 28

Edifici semplici e costruzioni semplici ............................................................................................ 31

Risposta alle azioni verticali ........................................................................................................... 34

Calcolo e verifiche ......................................................................................................................... 35

Verifiche agli stati limite ultimi (SLU) ............................................................................................... 35

Verifica a pressoflessione fuori dal piano ........................................................................................ 36

Verifica di pressoflessione nel piano del muro ................................................................................. 39

Verifica al taglio nel piano del muro ................................................................................................ 40

Verifica delle travi di accoppiamento .............................................................................................. 40

Verifica per carichi concentrari ....................................................................................................... 41

Muratura armata ............................................................................................................................ 42

Strutture miste ............................................................................................................................... 42

Costruzioni in legno

Sviluppo sostenibile

Lo sviluppo sostenibile risponde ai bisogni del presente senza compromettere la capacità delle

generazioni future di rispondere ai bisogni del domani. Le costruzioni in legno rappresentano un buon

compromesso tra sostenibilità e sviluppo in ambito edilizio per via della loro eco – compatibilità,

economicità, benessere psicofisico, comfort abitativo e resistenza meccanica.

In Italia la risorsa legno non manca, infatti il territorio nazionale è ricoperto per circa il 35% da superfici

forestali. Ciò però non ha implicato un alto sviluppo della filiera del legno nazionale; infatti, l’Italia è il

primo importatore di legname in Europa per fini industriali e per legna da ardere e il quarto importatore

mondiale di cippato e scarti.

Cenni storici

Il legno fin dal passato è sempre stato utilizzato come materiale da costruzione per via delle seguenti

caratteristiche: disponibilità di materiale, facilità di lavorazione e movimentazione, rinnovabilità. Nel

XIX secolo molti paesi abbandonano gradualmente l'utilizzo del legno per adottare la nuova tecnologia

del cemento armato e dell'acciaio per via di molteplici fattori culturali ed economici.

Il legno lamellare, essendo un prodotto industriale consente di scartare le parti difettose, ottenendo

sezioni con elevate caratteristiche meccaniche e caratterizzate da un'elevata leggerezza e lavorabilità.

Legno in generale

I prodotti di legno hanno tutti origine dal legno tondo dal quale vengono estratti i segati. A seconda del

taglio si possono ottenere differenti qualità del materiale. Il taglio che presenta migliori qualità, e quindi

minore probabilità di instabilizzazione dimensionale, è il taglio fuori cuore.

Il legno tondo è un prodotto semplice, poco lavorato, con diametro fino a e lunghezze fino a

30 20 .

Oggi non viene più utilizzato poiché presenta maggiore incertezza per le difettosità e la lavorazione e

messa in opera risulta complessa.

Il legno (nel caso del legno massiccio) viene ricavato da piante a fusto dritto (tipicamente abete),

scortecciato e squadrato. Si distinguono:

Uso fiume: squadratura effettuata parallelamente all'asse del tronco;

o Uso Trieste: squadratura che segue la rastremazione del tronco.

o

I segati sono ricavati dal tronco e costituiscono elementi di dimensioni assai ridotte rispetto alle

dimensioni iniziali del tronco.

Nel legno massiccio da costruzione le porzioni di elementi vengono giuntate con giunti a pettine. Questo

permette di scartare porzioni di legno con difettosità non conformi allo standard richiesto.

Il legno lamellare (GL) supera i limiti del legno tondo in termini di caratteristiche di resistenza e

dimensionali. Le lamelle vengono essiccate, classificate e incollate, raggiungendo in questo modo le

caratteristiche dimensionali e prestazionali stabilite.

I difetti del legno (quadro normativo tecnologico)

Il legno è un materiale naturale fortemente eterogeneo, caratterizzato da proprietà anisotrope (il

comportamento varia se lo studio avviene in direzione parallela o perpendicolare alle fibre). Per l’utilizzo

in ambito strutturale, la normativa tecnica (NTC ed Eurocodice 5) impone criteri rigorosi che tengono

conto dei difetti intrinseci, delle condizioni ambientali e dei modelli di calcolo elastico – lineare.

I difetti alterano le prestazioni meccaniche del materiale e influiscono sulla classificazione strutturale

degli elementi segati:

Nodi: residui dei rami inglobati nel fusto che deviano la fibratura

o principale. Creano discontinuità strutturali e forti concentrazioni di

tensione, innescano potenziali rotture fragili. Si dividono in sano,

cadente (morto), a baffo, marcio, con inclusione di corteccia. I nodi

cadenti vanno completamente esclusi dal calcolo della sezione

resistente;

Cipollature: fessure anulari tra gli anelli di accrescimento (causate da

o gelo, vento o traumi).

Riducono la rigidità flessionale e la resistenza meccanica. La

normativa vieta le cipollature affioranti nei segati strutturali;

Fibratura spiralata o torta: deviazione delle fibre rispetto all’asse del tronco. Riduce

o drasticamente le prestazioni all’aumentare dell’inclinazione;

Fessure da ritiro: frutto della perdita di umidità in fase di essiccazione (spesso solo un difetto

o estetico);

Fratture da vento: rotture parziali delle fibre dovute a forti sollecitazioni meccaniche subite

o dall’albero;

Tasche di resina: cavità lenticolari contenenti resina (nelle conifere) o gomme;

o Lunature: alterazione dovuta al gelo che blocca la trasformazione dell’alburno in durame,

o causando distorsione delle fibre ed eccentricità del midollo;

Legno di reazione: tessuto generato per compensare sollecitazioni permanenti (vento,

o pendenze). Prende il nome di legno di trazione nelle latifoglie (proprietà meccaniche peggiori) e

legno di compressione o canastro nelle conifere.

Durabilità, agenti di degrado e classi d’uso

Il legno offre una buona resistenza intrinseca agli agenti chimico – fisici (inquinanti, sali, soluzioni

acide/alcaline), ma i raggi UV e la luce causano viraggi cromatici e degradazione molecolare

superficiale. Il degrado biologico (da agenti biotici quali funghi, insetti e organismi marini) si manifesta

solo in condizioni ambientali favorevoli.

La durabilità dipende dalla specie, dalla porzione di tronco e dalle condizioni di esercizio; il

deterioramento è quindi legato a errori di progettazione, scelta del materiale e mancata protezione

dall'umidità, piuttosto che al semplice trascorrere del tempo.

Tra gli agenti biologici, muffe e batteri causano solo alterazioni superficiali. I funghi sono invece molto

pericolosi, distruggono le sostanze leganti cellulari riducendo il peso e la resistenza meccanica fino al

90%.

Poiché l'ambiente a disposizione (umidità e temperatura) determina la velocità del degrado, le norme

europee definiscono specifiche classi di utilizzo e di durabilità per stabilire quando la resistenza

naturale sia sufficiente o quando sia necessario un trattamento preservante. I trattamenti si dividono

in: Preventivi: applicati prima della messa in opera per vie industriale per prevenire l'attacco

o biologico;

Curativi: applicati sul legno già degradato tramite mezzi chimici o fisici.

o

Per garantire la durabilità del materiale, la progettazione corretta rimane l'elemento fondamentale. È

necessario scegliere la specie adatta alla classe d'uso, impiegare legname sano e stagionato con

l'umidità equilibrata, evitare infiltrazioni o contatti con l'umidità, garantire la ventilazione delle testate

prevenire manutenzioni periodiche, limitando i trattamenti chimici ai soli casi di effettiva necessità.

Prodotti di tipo piano

Sono prodotti derivati da tavole, piallacci, trucioli e fibre e possono adempiere a funzioni strutturali e

non strutturali. Esistono due tipologie principali di elementi piani:

Stratificati: materiale costituito da più strati con medesimo orientamento delle fibre;

o Compensati: materiale costituito da più strati con orientamento delle fibre diverso strato per

o strato.

Esistono poi prodotti piani stratificati con orientamenti delle fibre casuale.

Costituzione del tronco

Il tronco è costituito dalle seguenti parti:

Corteccia: parte morta che funge da protezione della pianta;

o Floema o libro: ospita i vasi atti al trasporto del nutrimento;

o Cambio: strato atto alla produzione di nuovo legno;

o Alburno: apparato circolatorio della pianta (parte viva);

o Durame: parte interna del tronco formata da cellule morte;

o Midollo: in genere non si riesce a distinguere dal durame.

o

A causa della conformazione delle cellule il legno ha spiccate proprietà igroscopiche, contiene dal 8 –

18% di acqua. Questo aspetto influenza notevolmente le caratteristiche meccaniche, geometriche e

favorisce gli attacchi biotici. Il fenomeno del ritiro è un aspetto da tenere in conto poiché potrebbe

incidere notevolmente sulle caratteristiche prestazionali del prodotto.

Il ritiro volumetrico totale si esprime come: −

0

= ∙ 100

Dove è il volume allo stato fresco e è il volume allo stato arido.

0

A causa della anisotropia si osserva il ritiro differenziato nelle tre direzioni principali: ritiro assiale,

radiale e ritiro tangenziale.

In genere il legno è un materiale molto resistente che risponde bene alle variazioni termiche e all'acqua.

Più predominante è l'azione biologica da parte di funghi o insetti che avviene nelle parti di alburno

quando il legno non subisce un giusto processo di stagionatura e lavorazioni necessarie. Il progettista

deve prestare attenzione all'ambiente di posa in termini di umidità e temperatura.

Effetto volume

Più è grande il volume sollecitato maggiore sarà la probabilità di trovare un difetto e conseguentemente

riduzione della resistenza. In sede di calcolo si dovrà fare riferimento ad una resistenza di progetto,

funzione del valore ricavato dalle prove sperimentali su provini piccoli di legno netto, ma

adeguatamente corretto a seconda delle dimensioni del volume reale.

Classificazione del legno

La classificazione del legno può essere condotta a vista o a macchina, entrambi i metodi sono volti ad

individuare: dimensione e distribuzione dei nodi, inclinazione della fibratura, deformazioni, spessore

degli anelli di crescita. Con la classificazione a macchina è possibile ottenere direttamente il modulo

elastico e il peso specifico del legno. Le caratteristiche del legno lamellare sono correlate alle

caratteristiche prestazionali delle singole lamelle che lo compongono. In aggiunta, nel caso del

lamellare sono fondamentali i processi produttivi e la qualità delle giunzioni. Il legno è assimilabile ad

un materiale costituito da molteplici frammenti/fibre resistenti “incollate” per mezzo di una matrice.

Tali filamenti sono molto sottili: ciò evidenzia un comportamento resistente

molto differente a trazione e compressione. Infatti, a compressione si

innesca l'instabilità delle microfibre, determinando una maggiore resistenza

a trazione rispetto alla compressione. Da quanto si evince dal diagramma

la resistenza a trazione parallela alle fibre risulta essere maggiore

− ,

della resistenza a compressione, così come il modulo elastico. La modalità

di collasso a trazione è di tipo fragile, mentre a compressione è duttile.

Un esempio di classificazione è la classe C24, dove la “C” indica che si tratti di una conifera (altrimenti

si utilizzerebbe la lettera “D&rdqu