Il legno lamellare è un materiale da costruzione moderno e versatile, ampiamente utilizzato nella carpenteria per le sue eccellenti proprietà strutturali e la sua sostenibilità. Comprendere la sua produzione, le sue caratteristiche e le metodologie di progettazione, in particolare per le piastre di base, è fondamentale per garantire costruzioni sicure ed efficienti.
Produzione e Proprietà del Legno Lamellare
Il lamellare viene prodotto riducendo il tronco in assicelle - ovvero lamelle - generalmente di larghezza non superiore ai 20 mm (per prevenire eccessive deformazioni causate dal fenomeno del ritiro) e ricomponendo le lamelle tramite incollaggio a caldo e sotto pressione, posizionandole tra loro con venatura contrapposta per garantire una maggior uniformità nella resistenza della trave. Gli impianti per la produzione del lamellare dispongono di forni di essicazione: il legname è messo nelle celle di essiccazione e portato al grado di umidità necessario alla lavorazione richiesta. Le specie più utilizzate sono le conifere: abete rosso, abete bianco, larice, pino e douglasia.
Un vantaggio distintivo del legno lamellare rispetto al legno massello risiede nelle sue caratteristiche dimensionali e meccaniche. Una normale trave in legno massello ha una sezione quadrata, circolare o rettangolare (ma con scarsa differenza tra altezza e base); una trave lamellare, invece, generalmente ha sezioni rettangolari il cui apporto tra base altezza è molto sbilanciato verso l’altezza. Il vantaggio di avere una sezione più alta che larga sta nel fatto che influisce maggiormente su questo valore di resistenza.
Resistenza al Fuoco e Durabilità
Pur essendo realizzate con un materiale combustibile, le strutture in legno lamellare hanno una resistenza al fuoco superiore a quella delle strutture in acciaio o in calcestruzzo armato. Infatti, nel legno lamellare, grazie al buon isolamento termico realizzato dallo strato superficiale carbonizzato, la combustione avviene lentamente: ad un aumento molto lento della temperatura corrisponde una variazione quasi trascurabile della resistenza meccanica delle fibre di legno della sezione non carbonizzata. La struttura cede o crolla solo quando la parte della sezione non ancora carbonizzata è talmente diminuita da non riuscire più ad assolvere alla sua funzione portante.
Al fine di garantire alla struttura adeguata durabilità, si devono considerare i seguenti fattori correlati: - la classe di servizio prevista: - la destinazione d’uso della struttura; - le condizioni ambientali prevedibili; - la composizione, le proprietà e le prestazioni dei materiali; - la forma degli elementi strutturali ed i particolari costruttivi; - la qualità dell’esecuzione ed il livello di controllo della stessa; - le particolari misure di protezione; - la manutenzione programmata durante la vita presunta. Si adotteranno, in fase di progetto, idonei provvedimenti volti alla protezione dei materiali. Per i materiali trattati con agenti preservanti contro attacchi di tipo biologico si dovrà fare riferimento ai principi generali della UNI EN 15228:2009.
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Componenti e Connessioni Strutturali
Würth presenta il nuovo manuale di calcolo per la carpenteria legno, strumento fondamentale per il calcolo di piastre e angolari. Scopri tutta la gamma di staffe ed angolari per la carpenteria legno e trova il prodotto ideale per ogni applicazione nel tuo lavoro. Le staffe Alufix sono utili per le giunzioni legno-legno o calcestruzzo-legno. I connettori SHERPA sono delle giunzioni a innesto costituite da due parti in alluminio che possono essere unite in un accoppiamento di forma basato su un classico giunto a coda di rondine.
Tutti gli elementi di collegamento (metallici e non metallici quali spinotti, chiodi, viti, piastre, ecc.) devono essere idonei a garantire le prestazioni previste dalle presenti norme ed in particolare, in presenza di azioni sismiche, al § 7.7.5.2. Ai suddetti dispositivi meccanici, si applica quanto riportato ai punti A) o C) del §11.1.
Progettazione Avanzata delle Piastre di Base per Strutture in Legno Lamellare
La progettazione delle piastre di base secondo AISC 360 [1] e ACI 318 [2] è ora disponibile nel componente aggiuntivo Steel Joints. Questo strumento permette un'analisi dettagliata e ottimizzata delle connessioni.
Configurazione e Opzioni di Calcolo
Nella scheda Principale, assegnare il nuovo giunto in acciaio al nodo pertinente. Verificare la "Configurazione di resistenza" per confermare che le impostazioni predefinite siano adeguate, apportando le modifiche necessarie (Immagine 01). È inoltre disponibile l'opzione per considerare il calcestruzzo fessurato. Per impostazione predefinita, l'ACI presume la presenza di fessurazione. L'opzione "Armatura per controllare la fessurazione", in conformità alla Sezione 17.3.5 dell'ACI, può essere attivata quando è prevista un'armatura supplementare per controllare la rottura per fessurazione causata dalle forze di installazione e/o dalla successiva coppia di serraggio. Quando questa opzione è disattivata, il programma visualizza la seguente nota: “L'armatura per controllare la fessurazione non è prevista. Verificare l'interasse minimo, le distanze dal bordo e lo spessore minimo del calcestruzzo.”
Sono inoltre disponibili il trasferimento del taglio tramite ancoraggi, tramite chiavette di taglio e tramite attrito. Sono disponibili quattro tipi di ancoraggi: 1 post-installato e 3 gettati in opera (testa esagonale, tirafondo a L con uncino e tirafondo a J con uncino).
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Ancoraggi e Rondelle
Secondo la Sezione 4.3.2.2 dell'AISC Design Guide 1 [3], “Per barre di ancoraggio di resistenza più elevata o calcestruzzo con una resistenza a compressione inferiore, le piastre di rondella possono essere necessarie per ottenere la piena resistenza degli ancoraggi. Le dimensioni delle rondelle dovrebbero essere ridotte al minimo pur sviluppando la resistenza richiesta.” È disponibile l'opzione per includere una rondella. I parametri richiesti sono la forma della rondella (circolare o quadrata), il diametro/larghezza e lo spessore. Il diametro/larghezza viene utilizzato per calcolare l'area netta di appoggio dell'ancoraggio, Abrg, per determinare la resistenza allo strappo dell'ancoraggio. Lo spessore della rondella non influisce sulle equazioni di progetto né sul modello FEA ed è utilizzato solo per la rappresentazione grafica.
Le forze nelle barre di ancoraggio si basano sull'analisi agli elementi finiti (FEA), che tiene conto delle rigidezze degli elementi di collegamento (barre di ancoraggio, piastre di base, blocco in calcestruzzo, ecc.). L'effetto di leva può verificarsi quando la flessibilità della piastra di base provoca una deformazione che aumenta la trazione nelle barre di ancoraggio. L'Esempio 4.7-11 dell'AISC Design Guide 1 è presentato per verificare i risultati del modello RFEM. In questo esempio viene progettato un collegamento con piastra di base per una colonna W12x96 soggetta a compressione e momento. La colonna è collegata a una fondazione in calcestruzzo con una resistenza a compressione specificata, ƒ'c = 4.000 psi. La piastra di base ha uno spessore di 2,0 in con uno spessore di grout assunto pari a 1,0 in. La lunghezza efficace di ancoraggio, hef, è pari a 18,0 in. I carichi e le proprietà dei materiali sono mostrati nell'Immagine 05. Nell'esempio, le dimensioni effettive del calcestruzzo non sono fornite e si assume che vi sia area sufficiente affinché i coni di breakout a trazione delle barre di ancoraggio possano formarsi rispetto alla distanza dal bordo. Per soddisfare questa ipotesi, si utilizzano dimensioni del blocco di calcestruzzo pari a 1,5hef + interasse delle barre + 1,5hef (66,0 in x 72,5 in). L'input completo per il Giunto in acciaio è mostrato sopra nell'Immagine 03.
Modellazione di piastre e gusci in RFEM - Parte 2
Analisi e Risultati
Dopo aver eseguito il calcolo del Giunto in acciaio, il risultato per ciascun componente è presentato nella scheda Rapporti di progetto per componente. I dettagli della verifica di progetto forniscono tutte le formule e i riferimenti alle norme AISC 360 e ACI 318 (Immagine 07). Viene inoltre fornita una nota sulle verifiche di progetto escluse per chiarimenti. Successivamente, selezionare "Risultati nel Giunto in acciaio" per visualizzare graficamente le forze interne degli ancoraggi (Immagine 08).
La tensione di appoggio di 2,21 ksi è tratta dall'Esempio 4.7-10 con l'ipotesi A1 = A2, fornendo la resistenza minima possibile. Nel componente aggiuntivo Giunti in acciaio, si assume A2 ≫ A1 per soddisfare la resistenza a trazione per breakout. L'area efficace di compressione della piastra di base, Aeff, può essere determinata mediante un'analisi FEM oppure tramite l'AISC Design Guide 1, Appendice B.3, in cui Aeff si estende per una distanza c = 1,5*spessore della piastra di base al di fuori delle anime e delle ali. Il valore riportato ϕPp = 1.242,3 kips si basa su Aeff calcolata secondo la Design Guide 1.
Ottimizzazione dello Spessore della Piastra di Base
La progettazione dello spessore della piastra di base è governata dall'interfaccia di appoggio o di trazione. Nel componente aggiuntivo Giunti in acciaio, la progettazione della piastra viene eseguita mediante analisi plastica confrontando la deformazione plastica effettiva con il limite ammissibile del 5% specificato nella Configurazione di resistenza. La piastra di base di spessore 2,0 in presenta una deformazione plastica equivalente massima dello 0,09%, indicando che potrebbe essere sufficiente una piastra più sottile. L'Appendice B.3 dell'AISC Design Guide 1 [3] spiega come tenere conto della flessibilità della piastra di base possa ridurre significativamente lo spessore richiesto.
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Lo stato limite di snervamento della piastra corrisponde alla flessione verso l'alto della piastra di base nelle posizioni assunte delle linee di snervamento sotto la pressione di appoggio verso l'alto. Questa pressione, a sua volta, è assunta costante, il che suggerisce implicitamente che la piastra di base sia rigida. Tuttavia, per piastre di base più grandi con un'impronta estesa, questa ipotesi può portare a momenti eccessivamente elevati nelle linee di snervamento, con conseguente necessità di piastre di base troppo spesse. Questa è un'ipotesi conservativa perché anche una piastra di base di grandi dimensioni è flessibile, in modo tale che le tensioni di appoggio si concentrano sotto le ali e le anime della colonna. Il componente aggiuntivo Giunti in acciaio in RFEM 6 offre un approccio avanzato alla progettazione della piastra di base considerando la flessibilità della piastra di base e le azioni di leva che possono verificarsi. Rispetto ai metodi tradizionali descritti nell'AISC Design Guide 1, questo approccio spesso porta a progetti ottimizzati con piastre di base più sottili.
Quadro Normativo, Proprietà dei Materiali e Controllo Qualità
I materiali e prodotti a base di legno per usi strutturali devono essere qualificati secondo le procedure di cui al § 11.1. Per l’applicazione del caso C) del punto 11.1 si fa riferimento alle Linee Guida per l’impiego di prodotti, materiali e manufatti innovativi in legno per uso strutturale approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici. La produzione, la lavorazione, fornitura e utilizzazione dei prodotti di legno e dei prodotti a base di legno per uso strutturale dovranno avvenire in applicazione di un sistema di assicurazione della qualità e di un sistema di rintracciabilità che copra la catena di distribuzione dal momento della prima classificazione e marcatura dei singoli componenti e/o semilavorati almeno fino al momento della prima messa in opera.
Oltre che dalla documentazione indicata al pertinente punto del §11.1 e del § 11.7.10, ogni fornitura deve essere accompagnata, secondo quanto indicato al §11.7.10.1.2, da un manuale contenente le specifiche tecniche per la posa in opera. Il Direttore dei Lavori è tenuto a rifiutare le eventuali forniture non conformi a quanto sopra prescritto. Il progettista sarà tenuto ad indicare nel progetto le caratteristiche dei materiali secondo le indicazioni di cui al presente capitolo. Tali caratteristiche devono essere garantite dai produttori, dai centri di lavorazione, dai fornitori intermedi, per ciascuna fornitura, secondo le disposizioni applicabili di cui alla marcatura CE oppure di cui al § 11.7.10. Il Direttore dei Lavori effettuerà i controlli di accettazione in cantiere previsti al §11.7.10.2. Il Direttore dei Lavori potrà far eseguire ulteriori prove di accettazione sul materiale pervenuto in cantiere e sui collegamenti, secondo le metodologie di prova indicate nella presente norma. Sono abilitati ad effettuare le prove ed i controlli, sia sui prodotti che sui cicli produttivi, i laboratori di cui all’art. 59 del DPR n. 380/2001 ed i laboratori, o gli organismi certificazione del controllo della produzione in fabbrica notificati ai sensi del D.Lgs. 106/2017 e del Regolamento UE 305/2011 in materia di prove e controlli sul legno.
Proprietà dei Materiali e Classificazione
Si definiscono valori caratteristici di resistenza di un tipo di legno i valori del frattile 5% della distribuzione delle resistenze, ottenuti sulla base dei risultati di prove sperimentali effettuate con una durata di 300 secondi su provini all’umidità di equilibrio del legno corrispondente alla temperatura di 20 ±2 °C ed umidità relativa dell’aria del 65 ± 5%. Per il modulo elastico, si fa riferimento sia ai valori caratteristici di modulo elastico corrispondenti al frattile 5% sia ai valori medi, ottenuti nelle stesse condizioni di prova sopra specificate. Si definisce massa volumica caratteristica il valore del frattile 5% della relativa distribuzione con massa e volume misurati in condizioni di umidità di equilibrio del legno alla temperatura di 20 ± 2 °C ed umidità relativa dell’aria del 65 ± 5%. Per il progetto e la verifica di strutture realizzate con legno massiccio, lamellare o con prodotti per uso strutturale derivati dal legno, si utilizzano i valori di resistenza, modulo elastico e di massa volumica costituenti il profilo resistente.
Legno Massiccio e Legno Lamellare Incollato
La produzione di elementi strutturali di legno massiccio a sezione rettangolare dovrà risultare conforme alla norma europea armonizzata UNI EN 14081-1 e, secondo quanto specificato al punto A del § 11.1, recare la Marcatura CE. Il legno massiccio per uso strutturale è un prodotto naturale, selezionato e classificato in dimensioni d’uso secondo la resistenza, elemento per elemento, sulla base delle normative applicabili. Per elementi di legno massiccio sottoposti a flessione o a trazione parallela alla fibratura che presentino rispettivamente una altezza o il lato maggiore della sezione trasversale inferiore a 150 mm, i valori caratteristici fm,k e ft,0,k , indicati nei profili resistenti, possono essere incrementati tramite il coefficiente moltiplicativo kh.
Gli elementi strutturali di legno lamellare incollato e legno massiccio incollato debbono essere conformi alla norma europea armonizzata UNI EN 14080 e, secondo quanto specificato al punto A del paragrafo 11.1, recare la marcatura CE. Le singole tavole, per la composizione di legno lamellare, dovranno soddisfare i requisiti della norma europea armonizzata UNI EN 14081-1 al fine di garantirne una corretta attribuzione ad una classe di resistenza. Per classi di resistenza delle singole tavole superiori a C30 si farà riferimento esclusivo ai metodi di classificazione a macchina. Le singole lamelle vanno tutte individualmente classificate dal fabbricante come previsto al § 11.7.2. Per elementi di legno lamellare sottoposti a flessione o a trazione parallela alla fibratura che presentino rispettivamente una altezza o il lato maggiore della sezione trasversale inferiore a 600 mm, i valori caratteristici fm,k e ft,0,k, indicati nei profili resistenti, possono essere incrementati tramite il coefficiente moltiplicativo kh.
Il profilo resistente, che raggruppa le proprietà fisico-meccaniche, necessarie per la progettazione strutturale, può farsi utile riferimento ai profili resistenti indicati nelle norme UNI 11035:2010 parti 1, 2 e 3, per quanto applicabili. In generale è possibile definire il profilo resistente di un elemento strutturale anche sulla base dei risultati documentati di prove sperimentali, in conformità a quanto disposto nella UNI EN 384:2016.
Il controllo della produzione per il legno strutturale con giunti a dita deve essere effettuato a cura del Direttore Tecnico della produzione, che deve provvedere alla trascrizione dei risultati delle prove su appositi registri di produzione. Detti registri devono essere resi disponibili al Servizio Tecnico Centrale e, limitatamente alla fornitura di competenza, al Direttore dei Lavori e al Collaudatore della costruzione. I singoli elementi utilizzati per la composizione del legno strutturale con giunti a dita dovranno soddisfare i requisiti minimi della norma europea armonizzata UNI EN 14081-1 al fine di garantirne una corretta attribuzione ad una classe di resistenza. Inoltre il sistema di gestione della qualità del prodotto che sovrintende al processo di fabbricazione deve essere predisposto in coerenza con le norme UNI EN ISO 9001 e certificato da parte di un organismo terzo indipendente, di adeguata competenza ed organizzazione, che opera in coerenza con le norme UNI CEI EN ISO/IEC 17021-1.
Pannelli a Base di Legno e Altri Prodotti
I pannelli a base di legno per uso strutturale, per i quali si applica il caso A di cui al §11.1, debbono essere conformi alla norma europea armonizzata UNI EN 13986. Per i pannelli a base di legno per i quali non sia applicabile la suddetta norma europea armonizzata UNI EN 13986 si applicano le procedure di cui al caso C di cui al paragrafo 11.1. Per la valutazione dei valori caratteristici di resistenza, rigidezza e massa volumica da utilizzare nella progettazione di strutture che incorporano pannelli a base di legno, può farsi riferimento alle norme UNI EN 12369-1 (OSB, pannelli di particelle e pannelli di fibra), UNI EN 12369-2 (pannello compensato) e UNI EN 12369-3 (pannelli di legno massiccio con spessore inferiore a 80 mm).
Per gli altri prodotti derivati dal legno per uso strutturale per i quali non è applicabile una norma europea armonizzata di cui al punto A del § 11.1 o non è applicabile quanto specificato al punto B del medesimo § 11.1, si applica quanto riportato ai punti C del paragrafo 11.1 della presente norma.
Adesivi
Gli adesivi per usi strutturali devono produrre unioni aventi resistenza e durabilità tali che l’integrità dell’incollaggio sia conservata, nella classe di servizio assegnata, durante tutta la vita prevista della struttura.
- Adesivi per elementi incollati in stabilimento: Gli adesivi fenolici ed amminoplastici devono soddisfare le specifiche della norma UNI EN 301:2013. Adesivi poliuretanici e isocianatici devono soddisfare i requisiti della UNI EN 15425:2017. Gli adesivi di natura chimica diversa devono soddisfare le specifiche della medesima norma e, in aggiunta, dimostrare un comportamento allo scorrimento viscoso non peggiore di quello di un adesivo fenolico od amminoplastico così come specificato nella norma UNI EN 301:2013, tramite idonee prove comparative.
- Adesivi per giunti realizzati in cantiere: Gli adesivi utilizzati in cantiere (per i quali non sono rispettate le prescrizioni di cui alla norma UNI EN 301:2013) devono essere sottoposti a prove in conformità ad idoneo protocollo di prova, per dimostrare che la resistenza a taglio del giunto non sia minore di quella del legno, Nelle medesime condizioni previste nel protocollo di prova.
Procedure di Identificazione, Qualificazione e Accettazione
Le caratteristiche e le prestazioni dei materiali devono essere garantite dai fabbricanti, dai centri di lavorazione, dai fornitori intermedi, per ciascuna fornitura, secondo le disposizioni che seguono. Qualora non sia applicabile la procedura di marcatura CE, per tutti i prodotti a base di legno per impieghi strutturali valgono integralmente, per quanto applicabili, le seguenti disposizioni che sono da intendersi integrative di quanto specificato al punto B del § 11.1. Per l’obbligatoria qualificazione della produzione di elementi denominati uso “Fiume” e “Trieste”, i fabbricanti di elementi in legno strutturale devono trasmettere al Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, per ciascun stabilimento, la documentazione seguente: - l’individuazione dello stabilimento cui l’istanza si riferisce; - il tipo di elementi strutturali che l’azienda è in grado di produrre; - l’organizzazione del sistema di rintracciabilità relativo alla p...