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STRUTTURE IN LEGNO:
- Caratteristiche del legno strutturale
- Unioni chiodate e bullonate
- Verifica e consolidamento dei solai
- Verifica e consolidamento delle strutture di copertura
- Strutture in legno e terremoti
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Bibliografia di riferimento:
1) Ario Ceccotti in Manuale di Ingegneria Civile, A Cremonese, 1992
2) AA.VV.: Restauro conservativo di capriate lignee – La Pieve di San Marino, CLUT, Torino 1998.
3) Ario Ceccotti in “Sezione I” del Manuale del Restauro Architettonico, Mancosu Editore, Roma 2001
Ulteriori testi:
4) Ario Ceccotti, Luca Uzielli: Manuale delle Costruzioni di Legno, Mancosu Editore, Roma 2003.
5) Gennaro Tampone: Il restauro delle strutture in legno, Hoepli, Milano 1996.
6) G. Giordano: Tecnologia del legno, UTET, Torino 1988.
7) Eurocodice 5: Progettazione delle strutture di legno.
8) A. Ceccotti, M. Follesa, M. P. Lauriola: Le strutture di legno in zona sismica, CLUT, Torino, 2005
Nota: alcune delle immagini presentate nell’esposizione sono tratte dai testi sopra citati.
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Il legno è il materiale da costruzione che ha il maggior rapporto resistenza/peso specifico: molto efficiente!
ResistenzaKg/cm2
Peso specificoKg/m3
Modulo elastico Kg/cm2
Legno circa 400 500 - 700 100000
Cemento Armato
circa 400 2500 300000
Acciaio 4000 - 5000 7800 2100000
Una struttura in legno razionalmente dimensionata avrà sezioni simili a quelle della corrispondente struttura in cemento
e peso simile alla corrispondente struttura in acciaio
Il peso è proporzionale alla spinta in caso di sisma, perciò le strutture più leggere risentono meno dell’azione sismica
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Le CARATTERISTICHE del legno strutturale dipendono da:Essenza
Posizione del taglio
Direzione delle fibre, numero di fibre per sezione unitaria
Stagionatura
Umidità assoluta e relativa rispetto all’ambiente
Attacchi da insetti e muffe, marciume
Difetti (inclinazione delle fibre, nodi, cipollature…)
È quindi essenziale il rilievo di queste caratteristiche durante la fase di identificazione del manufatto
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Posizione del taglio
R
T
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Umidità e ritiro
L’umidità del legno ω si misura come percentuale di acqua rispetto al peso del legno secco:
- Ambiente asciutto 8 – 15 %
- Ambiente poco protetto 10 – 20 %
- Ambiente non protetto 15 – 30 %
- Oltre il legno è considerato saturo
Ritiro/rigonfiamento ∆l = α ∆ω l (t,r,l)Materiale anisotropo !!!
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Gli effetti del ritiro sono differenti a seconda della posizione in cui è stato eseguito il taglio dell’elemento all’interno del tronco:
ad esempio una tavola radiale si imbarcherà meno rispetto ad una tangenziale
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Difetti
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(3)
Classificazionein funzione dei difetti
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Tensioni ammissibili in Kg/cm2 (3)
ResistenzaVaria in funzione di essenza, categoria, tipo e direzione della prova
Valori molto variabili: resistenza “governata” dai difetti
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(3)
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Scorrimento sotto carico: “creep”
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Resistenza a carichi di lunga durata
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Resistenza al fuocoViene valutata in base al tempo (in minuti) occorrente perché la struttura perda di resistenza. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, la resistenza al fuoco del legno è buona.La velocità di penetrazione della carbonizzazione durante un incendio è dell’ordine di 1mm/min: prima che una trave arrivi a perdere la sua capacità portante passa molto tempo!
A seguito di un incendio gli elementi metallici hanno ceduto piegandosi sugli elementi di legno: questi ultimi hanno ridotto la propria sezione – è evidente dalla sporgenza dei chiodi che presumibilmente prima dell’incendio erano completamente infissi nel legno – ma hanno resistito all’incendio (da Glulam, W.A. Chugg, Benn, London, 1964).[da La resistenza al fuoco delle strutture di legno di M. Follesa e M. Lauriola, in “Recupero e Conservazione” n.39]
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Deformazioni ammissibili
- Strutture di copertura: fmax = l / 200
- Travi e travetti a sostegno di solai: fmax = l / 300
- Travi a sostegno di tramezzi rigidi e/o di elementi strutturali:fmax = l / 500
+
⋅⋅=
∞
∞
E
q
E
q
J
lf
0
04
384
5
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Unioni bullonate
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Unioni chiodate
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Unioni con spinotti
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SOLAI
I solai hanno due funzioni fondamentali in un edificio in muratura:- portare i carichi verticali (permanenti e accidentali)- collegare le pareti per garantire il comportamento scatolare dell’edificio
Negli edifici antichi la seconda funzione non è sempre presente, per la scarsità di collegamenti tra murature e travi, ma è fondamentale per garantire la sicurezza in caso di sisma, perché permette di trasferire le forze orizzontali ai setti murari in modo proporzionale alle rispettive rigidezze.
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La connessione tra travetti e trave può essere per sovrapposizione o incasso
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Dissesti nei solai lignei
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uu/3
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VARIABILIDestinazione d’uso: civile abitazione Qv = 2 kN/m2
PERMANENTI
Carichi sui solai
PAVIMENTO TRADIZIONALE
Pavimento 0,4 kN/m²
Caldana 0,4 kN/m²
Pianelle 0,3 kN/m²
Travetti 0,1 kN/m²
Qp 1,2 kN/m²
INCREMENTO PER SOLAIO CONSOLIDATO
Soletta c.a. 1 kN/m²
Sottofondo impianti
0,8 kN/m²
Muri divisori 1,5 kN/m²
Qpc 3,3 kN/m²
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Area di influenza sui travetti
q=Q*i
i
kN/mkN/m2
m
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CARATTERISTICHE DEI MATERIALI
Legno di abete classe III
peso specifico: γadm = 6000 N/m3
modulo di elasticità: E0=10000 MPa Einf=5000 MPa (Φ=1)
resistenza ammissibile:
σadm = 800 N/cm2
τadm = 100 N/cm2.
q = (Qv+Qp+Qpc)*i = 6,5*0,3= 1,95 kN/m
di cui 0,6 kN/m variabile e 1,35 kN/m permanente
Mmax = ql²/8 = 1,95*1,62/8 = 0,624 kNm
Tmax = ql/2 = 1,95*1,6/2 = 1,56 kN
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+
⋅⋅=
∞
∞
E
q
E
q
J
lf
0
04
384
5
VERIFICHE DI RESISTENZA
σmax = My/J = 6M/bh2 = 6*0,624/(0,08*0,082) = 7,3 MPa
τmax = TS/bJ 1,5 TA≈ = 1,5*1,56*0,08*0,08= 0,48 MPa
VERIFICA DI DEFORMABILITA’
famm = l/300 = 160/300 = 0,53 cm (freccia massima)
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Area di influenza su una trave
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qt = qs · i + peso proprio trave
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Consolidamento di travi e travetti: diminuzione dell’interasse mediante inserimento di nuovi elementi strutturali
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Consolidamento di travi e travetti: diminuzione della luce mediante inserimento di rompitratta
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Consolidamento di travi: inserimento di travi collaboranti
- Legno
- Calcestruzzo
- Acciaio
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Ripartizione del carico tra travi collaboranti
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Travi sovrapposte sconnesse
Travi sovrapposte connesse
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Aumento del momento d’inerzia mediante interventi “legno su legno”
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Ieff = I1 + I2 + (A1d12 +A2 d2
2 )
= ~ 0,6 ÷ 0,8
= My / Ieff
Coefficiente di efficacia
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.
Coefficiente di riduzione
Verifica a taglio del connettore
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Resistenza ammissibile di un connettore:
Su = 0,05 Elegno Øconnettore > Smax
Misure in N, MPa, mm
Smax
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Aumento del momento d’inerzia mediante interventi “legno-calcestruzzo”
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Trave in legno lamellare
pioli
Soletta in calcestruzzo
Lamiera grecata
mensola
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Aumento del momento d’inerzia mediante interventi “legno-acciaio”
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I = Ilegno +n Iferro + (Alegnodlegno2 + nAferro dferro
2 )
= ~ 0,2 ÷ 0,5
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Consolidamento con tiranti metallici
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Fine dell’esposizione