Struttura in legno - Progetto

Università degli studi di Genova

Scuola politecnica

Laurea magistrale in ingegneria civile
Corso: “Strutture in legno”
DIMENSIONAMENTO DI UN SOLAIO PIANOLIGNEO PER IL FORTE DI SANTA TECLA

Docente: Prof. Ing. Stefano Podestà
Studenti: Francesco Palladino, Matteo Fasciolo
Anno Accademico: 2020/2021

Sommario

• 1. Introduzione ................................................................................................................................. 4
• 2. Descrizione manufatto ................................................................................................................. 4
• 2.1 Scelte progettuali ....................................................................................................................... 6
• 2.2 Stratigrafia solaio................................................................................................................... 8
• 3. Normative di riferimento ........................................................................................................... 11
• 4. Materiali da costruzione ............................................................................................................ 12
• 5. Analisi dei carichi........................................................................................................................ 17
• 6. Verifiche travi solaio con prima orditura ................................................................................... 18
• 6.1 Verifiche campo solaio quadrato (Travi O-P-Q-R-S-T) ............................................................. 18
• 6.1.1 Verifiche SLU ..................................................................................................................... 19
• 6.1.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 21
• 6.1.3. Verifiche al fuoco ......................................................................................................... 24
• 6.1.4. Verifica a stabilità ......................................................................................................... 26
• 6.2 Verifiche campo solaio rettangolare (Travi C-D-E-F-G-H-I-L-M-N) .......................................... 28
• 6.2.1 Verifiche SLU ................................................................................................................ 29
• 6.2.2. Verifiche SLE ..................................................................................................................... 30
• 6.2.3. Verifiche al fuoco ............................................................................................................. 32
• 6.2.4 Verifica a stabilità .............................................................................................................. 33
• 6.3 Verifiche travi secondarie solaio trapezoidale (Travi 1-2-3-4-5-6-7) ....................................... 34
• 6.3.1 Verifiche SLU ..................................................................................................................... 35
• 6.3.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 37
• 6.3.3 Verifiche al fuoco .............................................................................................................. 39
• 6.3.4 Verifiche a stabilità ........................................................................................................... 40
• 6.4 Verifiche travi principali solaio trapezoidale (Travi A-B) ..................................................... 41
• 6.4.1 Verifiche SLU ................................................................................................................ 42
• 6.4.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 44
• 6.4.2 Verifiche al fuoco ......................................................................................................... 45
• 6.4.4 Verifiche a stabilità ........................................................................................................... 46
• 7. Verifiche travi solaio con seconda orditura ............................................................................... 47
• 7.1 Verifiche campo solaio quadrato (Travi O-P-Q-R) ................................................................... 47
• 7.1.1 Verifiche SLU ..................................................................................................................... 48
• 7.1.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 50
• 7.1.3. Verifiche al fuoco ......................................................................................................... 52
• 7.1.4 Verifiche a stabilità ........................................................................................................... 53
• 8. Verifiche travi solaio con terza orditura .................................................................................... 54
• 8.1 Verifiche travi secondarie (1-2-3-4-5-6) ................................................................................... 54
• 8.1.1 Verifiche SLU ..................................................................................................................... 55
• 8.1.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 57
• 8.1.3 Verifiche al fuoco .............................................................................................................. 58
• 8.1.4 Verifiche a stabilità ........................................................................................................... 59
• 8.2 Verifiche travi principali (Trave A-B-C-D-E) ......................................................................... 60
• 8.2.1 Verifica SLU ....................................................................................................................... 60
• 8.2.2 Verifiche SLE ...................................................................................................................... 61
• 8.2.3 Verifiche al fuoco .............................................................................................................. 62
• 8.2.4 Verifiche a stabilità ........................................................................................................... 63
• 9. Connessione ............................................................................................................................... 64
• 9.1 Collegamento prima e seconda orditura (campo trapezoidale) .............................................. 66
• 9.1.1 Verifiche distanze minime di interasse ............................................................................. 67
• 9.1.2 Capacità portante chiodi (staffa-trave principale) e resistenza estrazione ...................... 68
• 9.1.3 Verifica taglio – trazione chiodi (staffa trave principale) .................................................. 69
• 9.1.4 Capacità portante a taglio degli spinotti (staffa-trave secondaria) .................................. 71
• 9.1.5 Verifica a taglio spinotti (staffa-trave secondaria) ........................................................... 72
• 9.2 Collegamento terza orditura ............................................................................................... 72
• 10. Conclusioni .............................................................................................................................. 73

Introduzione

Lo scopo del seguente elaborato è quello di dimensionare e verificare gli elementi strutturali di un solaio ligneo piano all’interno del forte di Santa Tecla in provincia di Imperia (Sanremo), a seguito di lavori per la ristrutturazione.

Nella presente verranno proposte e analizzate differenti soluzioni per l’orditura e la realizzazione del solaio, in maniera tale da poter valutare la soluzione ottimale dal punto di vista strutturale, architettonico, economico e con maggior valenza estetica.

Questa relazione di calcolo riporta tutte le caratteristiche meccaniche e geometriche degli elementi strutturali e si analizzeranno tutti i dettagli costruttivi durante la fase di progetto.

Descrizione manufatto

Come detto in precedenza, si è dimensionato un solaio interno per il forte di Santa Tecla che è, per dimensioni e storia, il più importante edificio di Sanremo. Nato con l’obiettivo di controllare, e all’occorrenza contrastare, lo sviluppo della città matuziana, successivamente fu utilizzato come carcere giudiziario e attualmente è sede di convegni e mostre.

Di seguito si riporta una vista dall’alto dell’edificio attuale:

Grazie ai rilievi svolti nel gennaio del 2008 si è riusciti ad avere una visualizzazione di tutti i piani della struttura. Nella figura seguente si riporta la pianta completa del primo piano dell’edificio in cui ha sede il solaio della sala che è stato esaminato.

La sala di cui è stato dimensionato il solaio è la “Sala 7” al primo piano con codice 109, attualmente utilizzata come sala di utilizzo polivalente.

Di seguito si riporta uno zoom dell’area di interesse per la progettazione in esame:

Come si può notare, questo ambiente è caratterizzato da tre zone con caratteristiche differenti: partendo dall’entrata della sala si ha un primo spazio a pianta praticamente quadrata, con ampiezza longitudinale di 4.20m, successivamente si ha un secondo settore più rettangolarizzato con lunghezza quasi doppia della precedente (8.15m) e con una luce trasversale maggiore. L’aula termina con una zona triangolare che presenta, sul lato inclinato, un’apertura.

Questo ambiente è caratterizzato da una quota di 5.85m e da un’altezza di interpiano pari a 2.75m.

Scelte progettuali

Considerando la particolare pianta della “Sala 7” si è deciso, per la ristrutturazione del solaio in esame, di adottare tre soluzioni differenti per l’orditura e il dimensionamento:

• Soluzione a singola orditura con le travi principali ordite lungo il lato corto nel settore quadrato e rettangolarizzato. L’interasse delle travi principali non è stato modificato nonostante ci fosse un cambio di luce fra le due zone. Tuttavia, per tenere in considerazione questa riduzione di inflessione delle travi principali, è stata ridotta la sezione delle travi principali nel settore più piccolo. Nell’area triangolare si è deciso di inserire un dormiente sul lato obliquo e l’inserimento di un’orditura secondaria longitudinale.
• Soluzione a singola orditura con le travi principali ordite lungo il lato corto nel settore quadrato e rettangolarizzato. L’interasse delle travi principali è stato aumentato del 50% nella parte quadrata, a causa del cambio di luce fra le due zone. A causa di questo quindi si è deciso di mantenere costante la dimensione della sezione del travetto. Nell’area triangolare si è deciso di inserire un dormiente sul lato obliquo e l’inserimento di un’orditura secondaria longitudinale.
• Soluzione a doppia orditura con le travi principali appoggiati in corrispondenza dei maschi murari. Le travi secondarie sono installate a filo con la trave primaria ed incassate in essa, in modo tale da ottenere dei valori di inerzia della sezione complessiva sufficientemente grandi da considerare i vincoli con orditura primaria non cedevoli. L' orditura secondaria è stata disposta a un interasse costante pari ad 1m.

Il confronto fra queste due soluzioni servirà a capire se è conveniente modificare gli interassi fra le travi o le dimensioni delle travi stesse e quindi capire, sia da un punto di vista strutturale e statico, sia da un punto di vista economico, quale scelta adottare.

Questa terza ed ultima scelta sull’orditura del solaio, oltre a prevedere un numero ridotto di travi, riprende l'andamento dell'ambiente stesso, il quale presenta una dimensione prevalente in direzione longitudinale, portando con sé una soluzione che presenta anche una certa valenza estetica.

Stratigrafia solaio

Per il solaio da posizionare in opera è stata scelta la seguente stratigrafia, derivante da solai in legno in catalogo (su dataholz.eu).

Si tratta di un solaio per una pavimentazione intermedia con travetti esposti, senza rivestimento, a secco, con riempimento e con tavolato in legno. Di seguito la schematizzazione del solaio, denominato “gdstxx-01-00” e provenienza in Austria.

I vari strati presenti nella figura precedente sono tabellati di seguito con i propri spessori, massa volumica e coefficienti per la prestazione termica. Si sottolinea che questa tabella riportata non è ancora quella definitiva per i carichi permanenti, in quanto deve scelta anche la pavimentazione da utilizzare, l’isolante e la guaina impermeabilizzante. Il tavolato è in legno di abete con tavole maschiate.

È anche riportata una valutazione delle prestazioni del solaio, in termini acustici, termici e di resistenza al fuoco.

Valutazione delle prestazioni

• Protezione al fuoco Tenuta di stabilità in caso di incendio REI 30 [-]
• Prestazioni termiche Conducibilità termica U 0,66 [W/m K]
• Prestazioni acustiche Potere fonoisolante apparente R 57 [dB]W
• Prestazioni acustiche Livello di rumore del calpestio normalizzato L 59 [-]

Pavimentazione

Per la scelta della pavimentazione si è deciso di utilizzare un “Parquet multistrato”, sempre da catalogo di Dataholz. Gli elementi di parquet multistrato secondo EN 13489 sono elementi costituiti da uno strato di usura in legno massello di almeno 2,5 mm di spessore e uno o più strati portanti in legno o materiali a base di legno che vengono incollati insieme. Vengono prodotti principalmente parquet a 2 strati (strato di usura e strato portante) e parquet a 3 strati (struttura a 3 strati).

I parquet a 2 strati hanno uno spessore da 9 a 22 mm, il parquet a 3 strati di solito uno spessore da 10 a 22 mm. Vengono prodotte forme di elementi rettangolari e quadrati. Le larghezze degli elementi rettangolari sono comprese tra 100 e 240 mm e lunghezze comprese tra 1200 e 2400 mm. I formati più grandi sono generalmente offerti come una struttura a 3 strati. Gli elementi quadrati hanno larghezze o lunghezze da 240 a 800 mm. I tipi di legno rovere, faggio rosso, frassino, abete rosso e larice sono utilizzati principalmente per lo strato di usura. Gli elementi devono essere lavorati e levigati con precisione e avere una linguetta e/o una scanalatura su tutti i lati per garantire una corretta installazione.

Gli elementi di parquet multistrato includono i tipi di parquet a pannelli e di solito vengono sottoposti a un trattamento superficiale in fabbrica. Dalla scheda tecnica si sceglie in rivestimento multistrato con strato di usura in quercia con spessore minimo di almeno 3,5mm. La densità media è di 550 kg/m³ e lo spessore dell’intera pavimentazione è di 20 mm.

Isolante

Per la scelta dell’isolante si utilizza un elemento desolidarizzante in lana di roccia (MW-T). La rigidezza dinamica s’ è la proprietà che determina le caratteristiche smorzanti del pannello. L'elemento desolidarizzante in lana minerale, unitamente al massetto galleggiante di adeguato spessore, dovrà garantire il rispetto del limite normativo al calpestio a partire dal solaio strutturale. La posa in opera dei pannelli deve essere eseguita ponendo particolare attenzione all'accostamento dei pannelli stessi ed evitando la presenza di zone non coperte dal materiale isolante. Di seguito si riporta la scheda tecnica dell’isolante scelto, che si presta bene per strutture in legno e destinazioni d’uso caratterizzate da sovraccarichi elevati. È calpestabile e garantisce un isolamento acustico e termico. Nel capitolo dei materiali saranno riportate le caratteristiche dell’isolante in questione.

Strato di protezione: guaina

Al fine di evitare il contatto tra l'acqua dell'impasto del massetto galleggiante ed il materiale desolidarizzante in lana minerale è necessario proteggere i pannelli sull’estradosso attraverso l'utilizzo di un foglio in polietilene. Tale foglio dovrà essere fissato sulle murature perimetrali ad un'altezza maggiore rispetto alla quota finita del pavimento. dovrà Ad ogni modo essere evitato ogni minimo foro nel foglio stesso, in quanto ogni infiltrazione di materiale può trasformarsi in un ponte acustico. Si sceglie uno spessore di 2 mm e una composizione in polietilene a bassa densità LDPE (ρ=940 kg/m³).

Normative di riferimento

Le verifiche degli elementi strutturali sono state condotte secondo le attuali normative vigenti:

• CNR-DT 206 R1/2018 Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo delle strutture in legno;
• Norma Tecnica per le costruzioni 2018 (DM 17 gennaio 2018);
• Istruzioni per l’applicazione “dell’aggiornamento delle norme tecniche per le costruzioni” di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018 (circolare 21 gennaio 2019, n. 7 C.S.LL.PP.);
• Eurocodice EC5 1-1 2005;

Materiali da costruzione

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