Il legno
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CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI<br />
A.A. 2010-2011<br />
<strong>Il</strong> <strong>legno</strong><br />
Ing. Emanuele Zamperini<br />
Corso di Recupero e conservazione degli edifici – A.A. 2010-2011 Ing. Emanuele Zamperini
IL LEGNO COME<br />
MATERIALE STRUTTURALE (1)<br />
PREMESSA:<br />
<strong>Il</strong> <strong>legno</strong> è un materiale:<br />
- di origine biologica;<br />
- disponibile in natura in elementi nei quali una dimensione prevale<br />
nettamente sulle altre due (tronchi);<br />
- caratterizzato da una forte anisotropia;<br />
- caratterizzato da un forte comportamento viscoso che porta nel<br />
tempo all’incremento delle deformazioni ed alla diminuzione (fino<br />
all’annullamento) degli stati coattivi;<br />
- fortemente sensibile alle variazioni termoigrometriche<br />
dell’ambiente in cui è inserito che, a livello fisico, possono<br />
accentuare il fenomeno della viscosità o causare fessurazioni o<br />
deformazioni da ritiro;<br />
- facilmente soggetto a degrado di origine biologica (funghi ed<br />
insetti xilofagi) in presenza di condizioni termoigrometriche non<br />
ottimali.<br />
Deformazione di<br />
elementi in <strong>legno</strong><br />
dovute al ritiro.<br />
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IL LEGNO COME<br />
MATERIALE STRUTTURALE (2)<br />
STRUTTURA MACROSCOPICA DEL LEGNO<br />
Sezioni del tronco con<br />
riferimento alle direzioni<br />
di un sistema di<br />
riferimento cilindrico<br />
N.B.:<br />
Sulla sezione<br />
longitudinale si legge<br />
la fibratura; sulla<br />
sezione trasversale si<br />
legge la venatura.<br />
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IL LEGNO COME<br />
MATERIALE STRUTTURALE (3)<br />
STRUTTURA<br />
MICROSCOPICA<br />
DEL LEGNO<br />
N.B.: La scala di<br />
rappresentazione del<br />
frammento di larice è<br />
doppia di quella del<br />
frammento di rovere<br />
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IL LEGNO COME<br />
MATERIALE STRUTTURALE (4)<br />
<strong>Il</strong> <strong>legno</strong> è principalmente presente nelle strutture sotto forma travi<br />
ottenute da tronchi scortecciati e talvolta rifilati, travetti ottenuti segando<br />
longitudinalmente i tronchi (costituenti elementi a prevalente sviluppo<br />
monodimensionale –aste– collegate con le murature o fra loro a<br />
formare strutture piane o spaziali) e sotto forma di tavole.<br />
Trave uso Trieste<br />
Fibratura deviata<br />
(riduzione della<br />
resistenza)<br />
Le aste sono in<br />
genere soggette a:<br />
• sforzi di taglio e<br />
flessione (travi);<br />
• pressoflessione<br />
(pilastri);<br />
• pressoflessione e<br />
taglio (puntoni);<br />
• tensoflessione<br />
(tiranti).<br />
Possono essere<br />
inoltre presenti<br />
azioni torcenti<br />
dovute<br />
principalmente<br />
all’impedimento del<br />
libero sviluppo delle<br />
deformazioni da<br />
ritiro in tronchi con<br />
fibratura deviata.<br />
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BIODEGRADAMENTO DELLE<br />
STRUTTURE IN LEGNO (1)<br />
L’inadeguatezza strutturale è molto spesso dovuta al degrado causato<br />
da agenti biologici (biodegradamento): insetti xilofagi e funghi.<br />
L’insediarsi ed il diffondersi di tali agenti è legato a due fattori:<br />
1. La naturale predisposizione della specie <strong>legno</strong>sa ad<br />
accogliere i vari xilofagi;<br />
2. L’esposizione a condizioni ambientali (temperatura e U.R.<br />
dell’ambiente elevate, bagnatura diretta del legname,…) che<br />
possono favorire gli agenti stessi.<br />
L’attacco della struttura da parte di insetti xilofagi può essere<br />
individuato dalla presenza di rosume (escrementi ed altro materiale di<br />
rifiuto) sulle superfici sottostanti l’elemento, dei fori di sfarfallamento<br />
e di gallerie superficiali.<br />
La presenza di funghi è rilevabile da variazioni cromatiche (<strong>legno</strong> più<br />
scuro) e tessiturali (presenza di fessurazioni longitudinali e trasversali<br />
che formano parallelepipedi friabili e facilmente asportabili).<br />
Uno dei tipi di degrado dovuto a funghi più diffuso è la cosiddetta carie bruna o<br />
“a cubetti”. <strong>Il</strong> fenomeno è particolarmente diffuso nelle teste delle travi inglobate<br />
nella muratura e nei punti direttamente esposti all’acqua.<br />
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BIODEGRADAMENTO DELLE<br />
STRUTTURE IN LEGNO (2)<br />
Insetti xilofagi<br />
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BIODEGRADAMENTO DELLE<br />
STRUTTURE IN LEGNO (2)<br />
L’atteggiamento migliore nei confronti del degrado biologico del <strong>legno</strong><br />
è la PREVENZIONE: bastano infatti pochi accorgimenti per mettere il<br />
<strong>legno</strong> in condizioni di rischio ridotto.<br />
1. Garantire una continua ventilazione degli ambienti in cui si<br />
trova il <strong>legno</strong>, al fine di evitare che l’umidità relativa dell’aria (e<br />
quindi quella del <strong>legno</strong> che tende ad andare in equilibrio con<br />
essa) diventi troppo alta;<br />
2. Evitare di racchiudere il <strong>legno</strong> all’interno di materiali che<br />
possono impregnarsi di umidità (murature) o che favoriscano la<br />
condensa (elementi metallici) e che comunque impediscano o<br />
rallentino l’evaporazione dell’acqua che può bagnare il <strong>legno</strong>;<br />
3. Controllare periodicamente e<br />
ad ogni evento meteorologico<br />
eccezionale lo stato del manto di<br />
copertura e l’eventuale presenza<br />
di infiltrazioni.<br />
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CARATTERISTICHE DI RESISTENZA<br />
La definizione delle caratteristiche di resistenza delle strutture<br />
lignee in opera è sempre molto problematica.<br />
Ci si può basare su due metodi:<br />
- Indagini strumentali (non distruttive o poco distruttive);<br />
- Classificazione a vista.<br />
INDAGINI STRUMENTALI<br />
Le indagini strumentali si basano sul fatto che esistono alcune<br />
caratteristiche del <strong>legno</strong> misurabili in opera, che possono<br />
essere correlate alla resistenza a flessione.<br />
I metodi d’indagine possono essere classificati in:<br />
- Metodi meccanici: prelievo di piccole carote per prove di<br />
resistenza in laboratorio, prove di resistenza alla penetrazione<br />
con trapani strumentati, prove di durezza superficiale, prove di<br />
carico;<br />
- Metodi sonici: la velocità di propagazione delle onde sonore<br />
nei materiali è correlata al modulo elastico dinamico e questo al<br />
modulo elastico statico;<br />
- Metodi vibrazionali: attraverso i quali si misura il modulo<br />
elastico dinamico.<br />
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CLASSIFICAZIONE A VISTA (1)<br />
CLASSIFICAZIONE<br />
“SECONDO GIORDANO”<br />
OVVERO IN BASE AL METODO PROPOSTO<br />
DA GUGLIELMO GIORDANO<br />
Classificazione dei<br />
legnami strutturali<br />
sulla base di una<br />
analisi visiva dei<br />
difetti e degli altri<br />
aspetti che<br />
influenzano le<br />
prestazioni degli<br />
elementi strutturali.<br />
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CLASSIFICAZIONE A VISTA (2)<br />
Nelle conifere i legnami con anelli di spessore elevato hanno resistenze<br />
minori (la crescita accelerata porta a formare <strong>legno</strong> meno resistente).<br />
Nelle latifoglie gli elementi con anelli di spessore ridotto hanno resistenze<br />
minori (i periodi di siccità causano la formazione di <strong>legno</strong> meno<br />
resistente).<br />
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TENSIONI AMMISSIBILI (1)<br />
VALORI PER LEGNAME “NUOVO”<br />
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TENSIONI AMMISSIBILI (2)<br />
VALORI PER LEGNAME IN OPERA<br />
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RESISTENZE CARATTERISTICHE (1)<br />
L’Eurocodice 5 e le Norme tecniche italiane utilizzano il metodo degli<br />
Stati Limite. È quindi necessario fare riferimento a valori di resistenza<br />
caratteristica dai quali dedurre le resistenze di progetto con coefficienti<br />
riduttivi che dipendono dalla durata del carico e dalla classe di servizio<br />
(condizioni ambientali nelle quali si trova l’elemento strutturale).<br />
La tabella riporta le<br />
corrispondenze tra<br />
le categorie di<br />
classificazione a<br />
vista e le classi<br />
della norma<br />
UNI338-2004 che<br />
fornisce i valori<br />
delle resistenze<br />
caratteristiche.<br />
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RESISTENZE CARATTERISTICHE (2)<br />
Legenda degli indici:<br />
m = a flessione; c = a compressione; t = a trazione; v = a taglio<br />
0 = nella direzione delle fibre 90 = in direzione perpendicolare alle fibre<br />
k = caratteristico mean = medio<br />
La tabella riporta i<br />
valori caratteristici<br />
o i valori medi di<br />
varie caratteristiche<br />
meccaniche del<br />
<strong>legno</strong> (resistenze,<br />
moduli elastici,<br />
massa) di interesse<br />
per le verifiche di<br />
resistenza, stabilità<br />
e deformazione.<br />
N.B.:<br />
Le resistenze ed i moduli<br />
elastici sono espressi in<br />
N/mm 2<br />
Le masse sono espresse in<br />
kg/m 3<br />
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CLASSI DI SERVIZIO E<br />
CLASSI DI DURATA DEI CARICHI<br />
Classe di servizio 1<br />
È caratterizzata da un’umidità del materiale in equilibrio con ambiente a<br />
temperatura di 20°C e un’umidità relativa dell’aria circostante che non<br />
superi il 65% se non per poche settimane all’anno (ad es.: strutture al<br />
chiuso in zone asciutte).<br />
Classe di servizio 2<br />
Condizioni climatiche che prevedono alta percentuale d’umidità (ad es.:<br />
strutture al chiuso in presenza di forti concentrazioni di umidità e<br />
condense; strutture all’esterno esposte a precipitazioni atmosferiche, o<br />
comunque all’acqua).<br />
Carichi permanenti (caso 1)<br />
Peso proprio e carichi non rimuovibili durante il normale utilizzo della<br />
struttura.<br />
Strutture soggette a carichi variabili di lunga durata (caso 2)<br />
Carichi permanenti suscettibili di cambiamenti durante il normale utilizzo<br />
della struttura e carichi variabili in generale.<br />
Strutture soggette a carichi variabili di breve durata (caso 3)<br />
Azioni di vento, neve, sismiche e termiche ed azioni accidentali.<br />
Dal momento che la<br />
durata del carico<br />
influenza negativamente<br />
la resistenza delle<br />
strutture in <strong>legno</strong>, vanno<br />
eseguite tre verifiche:<br />
coi soli carichi<br />
permanenti (con i<br />
coefficienti del caso 1);<br />
coi permanenti e la<br />
quota parte di carichi<br />
variabili di lunga durata<br />
(caso 2); coi permanenti<br />
ed i variabili (caso 3).<br />
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RESISTENZE DI PROGETTO<br />
<strong>Il</strong> valore di resistenza di progetto è calcolato con la formula:<br />
f d = f k / (γ M · γ Rd )<br />
dove:<br />
γ M = 1,35<br />
γ Rd è dedotto dalla tabella sottostante<br />
Le verifiche a sollecitazioni composte devono essere effettuate<br />
rapportando le sollecitazioni dovute ad un’azione alla resistenza alla<br />
medesima azione. Ad esempio per una sollecitazione di tensoflessione<br />
si ha:<br />
σ m / f md + σ t / f td ≤ 1<br />
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