Il legno

CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI
A.A. 2010-2011
Il legno
Ing. Emanuele Zamperini
Corso di Recupero e conservazione degli edifici – A.A. 2010-2011 Ing. Emanuele Zamperini

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