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Vincenzo Calvo – Elisabetta Scalora

* Verifi che di solai e coperture in legno Ø Resistenza a fl essione (SLU); Resistenza a taglio (SLU);

Deformazione (SLU); Resistenza al fuoco

* Interventi di restauro e consolidamento di orizzontamenti in legno Ø Irrigidimento di solai; Miglioramento strutturale delle travi;

Protesi in legno

* Verifi che di solai misti in legno e calcestruzzo con connessioni metalliche Ø Calcolo della capacità portante delle unioni metalliche;

Calcolo della resistenza delle unioni metalliche; Calcolo della rigidezza effi cace a fl essione (teoria di Möhler)

* Aggiornato all’Eurocodice 5e al D.M. 14 gennaio 2008 (NTC 2008)

Vincenzo Calvo, Elisabetta ScaloraSOLAI E COPERTURE IN LEGNO

ISBN 13 978-88-8207-553-8EAN 9 788882 075538

Software, 75Prima edizione, maggio 2014

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Finito di stampare nel mese di maggio 2014presso Tipolitografia Luxograph S.r.l. Piazza Bartolomeo Da Messina, 2/e – 90142 Palermo

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III

Indice

INTRODUZIONE .................................................................................................. p. 1

1. IL LEGNO ....................................................................................................... ˝ 31.1. Pregi del legno ....................................................................................... ˝ 51.2. Difetti del legno ..................................................................................... ˝ 71.3. Proprietàfisicheemeccanichedellegno ............................................... ˝ 91.4. Durabilitàedegradodellegno ............................................................... ˝ 13

1.4.1. Insetti ....................................................................................... ˝ 161.4.2. Funghi ..................................................................................... ˝ 201.4.3. Trattamentipreservanti ........................................................... ˝ 21

2. IL LEGNO DA COSTRUZIONE .................................................................. ˝ 222.1. Lavorazionedellegno ............................................................................ ˝ 222.2. Tipidilegnoperusostrutturale ............................................................. ˝ 232.3. Legnomassiccio .................................................................................... ˝ 312.4. Legnolamellare ..................................................................................... ˝ 322.5. Procedurediqualificazioneeaccettazione ............................................ ˝ 33

2.5.1. Identificazioneerintracciabilitàdeiprodottiqualificati ......... ˝ 362.5.2. Fornitureedocumentazionediaccompagnamento ................. ˝ 372.5.3. Prodottiprovenientidall’esterno ............................................ ˝ 37

3. INQUADRAMENTO NORMATIVO ........................................................... ˝ 393.1. Lanormativaeuropea ............................................................................ ˝ 393.2. Lanormativaitaliana ............................................................................ ˝ 40

4. METODI DI CALCOLO ............................................................................... ˝ 424.1. Tensioniammissibili .............................................................................. ˝ 434.2. Statilimite .............................................................................................. ˝ 44

4.2.1. StatiLimiteUltimi(SLU) ....................................................... ˝ 444.2.2. StatiLimitediEsercizio(SLE) ............................................... ˝ 44

5. AZIONI E CARICHI SULLE COSTRUZIONI .......................................... ˝ 465.1. Laclassificazionedelleazioni ............................................................... ˝ 465.2. Lacaratterizzazionedelleazionielementari .......................................... ˝ 475.3. Lecombinazionidelleazioni ................................................................. ˝ 475.4. Leazionipermanenti ............................................................................. ˝ 49

SOLAI E COPERTURE IN LEGNO

IV

5.5. Icarichipermanentinonstrutturali ........................................................ p. 495.6. Icarichivariabili .................................................................................... ˝ 49

6. AZIONE DELLA NEVE ................................................................................ ˝ 516.1. Coefficientediformaperlecoperture ................................................... ˝ 51

6.1.1. Coperturaadunafalda ............................................................ ˝ 516.1.2. Coperturaaduefalde .............................................................. ˝ 52

6.2. Coefficientediesposizione .................................................................... ˝ 526.3. Valorecaratteristicodelcaricodellanevealsuolo ............................... ˝ 53

7. AZIONE DEL VENTO ................................................................................... ˝ 557.1. Velocitàdiriferimento .......................................................................... ˝ 557.2. Pressionedelvento ............................................................................... ˝ 567.3. Azionetangenzialedelvento ................................................................ ˝ 577.4. Pressionecineticadiriferimento............................................................ ˝ 577.5. Coefficientediesposizione .................................................................... ˝ 57

8. COSTRUZIONI IN LEGNO: ASPETTI TECNICI .................................... ˝ 608.1. Valutazionedellasicurezza .................................................................... ˝ 608.2. Analisistrutturale ................................................................................... ˝ 608.3. Azionielorocombinazioni.................................................................... ˝ 618.4. Classididuratadelcarico ...................................................................... ˝ 618.5. Classidiservizio .................................................................................... ˝ 628.6. Resistenzadicalcolo .............................................................................. ˝ 638.7. Collegamenti .......................................................................................... ˝ 648.8. Elementistrutturali ................................................................................ ˝ 668.9. Sistemistrutturali ................................................................................... ˝ 678.10. Robustezza ............................................................................................. ˝ 688.11. Durabilità ............................................................................................... ˝ 688.12. Regoleperl’esecuzione ......................................................................... ˝ 698.13. Controllieprovedicarico ..................................................................... ˝ 71

9. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE ............................................................. ˝ 739.1. VerificheagliStatiLimitediEsercizio(SLE) ....................................... ˝ 739.2. VerificheagliStatiLimiteUltimi(SLU) ............................................... ˝ 76

9.2.1. Verifichediresistenza ............................................................. ˝ 769.2.2. Trazioneparallelaallafibratura .............................................. ˝ 779.2.3. Trazioneperpendicolareallafibratura .................................... ˝ 789.2.4. Compressioneparallelaallafibratura ...................................... ˝ 789.2.5. Compressioneperpendicolareallafibratura ............................ ˝ 799.2.6. Compressioneinclinatarispettoallafibratura ......................... ˝ 799.2.7. Flessione .................................................................................. ˝ 809.2.8. Tensoflessione ......................................................................... ˝ 819.2.9. Pressoflessione ........................................................................ ˝ 82

INDICE

V

9.2.10. Taglio ...................................................................................... p. 829.2.11. Torsione ................................................................................... ˝ 849.2.12. TaglioeTorsione ..................................................................... ˝ 84

9.3. Verifichedistabilità ............................................................................... ˝ 849.3.1. Elementiinflessi(instabilitàditrave) ..................................... ˝ 859.3.2. Elementicompressi(instabilitàdicolonna) ............................ ˝ 85

10. VERIFICHE DI RESISTENZA AL FUOCO ............................................... ˝ 8710.1. Resistenzaalfuoco ................................................................................ ˝ 8710.2. Calcolodelcaricoincendio.................................................................... ˝ 8810.3. Scenarieincendiconvenzionalidiprogetto .......................................... ˝ 9210.4. Criteridiprogettazione

deglielementistrutturaliresistentialfuoco ........................................... ˝ 9410.5. Metododellasezioneridotta .................................................................. ˝ 9510.6. Verifichediresistenzaalfuoco .............................................................. ˝ 9910.7. Unioniecollegamentiespostialfuoco .................................................. ˝ 101

11. COSTRUZIONI IN LEGNO IN ZONA SISMICA ..................................... ˝ 10211.1. Aspetticoncettualidellaprogettazione .................................................. ˝ 10211.2. Materialieproprietàdellezonedissipative ........................................... ˝ 10311.3. Tipologiestrutturaliefattoridistruttura ............................................... ˝ 10311.4. Analisistrutturale ................................................................................... ˝ 10511.5. Disposizionicostruttive ......................................................................... ˝ 105

11.5.1. Disposizionicostruttivepericollegamenti ............................. ˝ 10611.5.2. Disposizionicostruttivepergliimpalcati ............................... ˝ 106

11.6. Verifichedisicurezza ............................................................................. ˝ 10611.7. Regoledidettaglio ................................................................................. ˝ 107

11.7.1. Disposizionicostruttivepericollegamenti ............................. ˝ 10711.7.2. Disposizionicostruttivepergliimpalcati ............................... ˝ 107

12. CONSOLIDAMENTO E RESTAURO DEGLI ORIZZONTAMENTI ....................................................................... ˝ 10812.1. Consolidamentoditraviesolaiinlegno ............................................... ˝ 10912.2. Verificadisolaimistilegnoecalcestruzzo ........................................... ˝ 115

13. SOLAI IN LEGNO ......................................................................................... ˝ 12213.1. Lamodellazionestrutturale ................................................................... ˝ 123

14. INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE “PREWOOD – SOLAI E COPERTURE IN LEGNO” ............................... ˝ 12414.1. Introduzione ........................................................................................... ˝ 12414.2. Requisitiminimihardwareesoftware ................................................... ˝ 12414.3. Downloaddelsoftwareerichiestadellapassworddiattivazione ......... ˝ 12414.4. Installazioneeattivazionedelsoftware ................................................. ˝ 125


VI

15. MANUALE D’USO DEL SOFTWARE “PREWOOD – SOLAI E COPERTURE IN LEGNO” ............................... p. 12915.1. Solaiecopertureinlegno ...................................................................... ˝ 12915.2. Aprifile ................................................................................................. ˝ 13015.3. Salvafile ............................................................................................... ˝ 13015.4. DatiGenerali ......................................................................................... ˝ 13015.5. Sceltadelmateriale ............................................................................... ˝ 13115.6. Analisideicarichi ................................................................................. ˝ 13415.7. Combinazionidicarico ......................................................................... ˝ 13615.8. VisualizzaleVerificheSLUedSLE ..................................................... ˝ 13815.9. VisualizzaleVerifichealfuoco............................................................. ˝ 14115.10.Visualizzailcomputodeimaterialiutilizzati ....................................... ˝ 14415.11.Generalarelazionedicalcolo ............................................................... ˝ 14515.12.Informazioni.......................................................................................... ˝ 145

16. ESEMPIO DI CALCOLO EFFETTUATO CON PREWOOD .................. ˝ 146

17. ESEMPIO DI RELAZIONE DI CALCOLO DI UNA COPERTURA INCLINATA IN LEGNO LAMELLARE ELABORATA MEDIANTE IL SOFTWARE PREWOOD ......................... ˝ 148

18. TABELLE DELLE CLASSI DI RESISTENZA DEI MATERIALI .......... ˝ 15718.1. Classidiresistenzaperlegnomassicciodiconiferaepioppo ............... ˝ 15718.2. Classidiresistenzaperlegnomassicciodilatifoglia ............................ ˝ 15818.3. Classidiresistenzaperlegnolamellareincollatodiconifera ................ ˝ 15918.4. Classidiresistenzaperspecielegnosediprovenienzaitaliana ............. ˝ 160

DOMANDE FREQUENTI .................................................................................... ˝ 161

TEST INIZIALE .................................................................................................... ˝ 164

TEST FINALE ....................................................................................................... ˝ 167

GLOSSARIO .......................................................................................................... ˝ 170

BIBLIOGRAFIA.................................................................................................... ˝ 173

NORMATIVA DI RIFERIMENTO...................................................................... ˝ 174

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Introduzione

Ilpresentelibroaffrontailtemadellaprogettazionestrutturalenellecostruzioniinlegnosecondolanuovanormativanazionale,D.M.14gennaio2008“NormeTecnicheperleCo-struzioni”,chepercomoditàsaràindicatoconl’acronimoNTC2008osemplicementeNTC.

Illegnoèilpiùanticomaterialedacostruzioneedharappresentatosinoallasecondametàdell’Ottocentoilmaterialeprincipaleperlarealizzazionedegliorizzontamenti,conlarivoluzioneindustrialenellasecondametàdell’OttocentosidiffondonoisolairealizzaticonprofilatimetallicieagliinizidelNovecentosihannoiprimiorizzontamentiincalce-struzzoarmato.

Direcenteillegnostarecuperandoimportanza,graziealleinnovazionitecnologiche(le-gnolamellare)eall’emergeredeltemadellaeco-sostenibilità,chestaricoprendounruoloimportantenellabioarchitettura.

Perpotereffettuareunabuonaprogettazioneèbeneconoscereilmaterialechesiinten-deutilizzare.

Illegnoèunmaterialecompositocostituitodacellulevegetalidiformaallungatadisposteparallelamenteall’assedeltronco,costituiteprincipalmentedacellulosaelignina,laprimahabuonaresistenzaatrazionementrelasecondaacompressione.

Infunzionedellastrutturaedelladisposizionedellecellulesideterminanoleproprietàfisicheemeccanichedeidiversitipidilegno.

Illegno,essendounmaterialeanisotropo,possiedeunaresistenzaaglisforzichevariainfunzionedelladirezioneincuiquestiagisconorispettoalladirezionedellefibre,ingeneralesipuòaffermarechesihaunaresistenzamaggioresesollecitatoparallelamenteallafibraturaeunaresistenzaminoresesollecitatoortogonalmenteallafibratura.

Lestruttureinlegnooffronounabuonaresistenzameccanica,unfortepoteretermocoi-benteeunabuonaresistenzaalfuocononostantesiaunmaterialecombustibile.

Illegnoperlecostruzionisidivideessenzialmentein: – legnomassiccio; – legnolamellare.Illegnolamellare,ottenutomediantel’incollaggiodiassidilegnoinmododaformare

elementistrutturali,èunmaterialeindustrialeepertantosipuòintervenirepermigliorarnelecondizionidiesercizioedisicurezza.Conl’utilizzodellegnolamellarenonsiriscontranoidifettitipicidellegnomassello,ovverodeformazionidaritiroelimitazionidimensionali.

La tecnologiadel legno lamellarehapermessodi superare le limitazionidimensionalideisingolielementiinlegnomassello,permettendolacoperturadigrandiluciconstruttureportantileggere,conunabuonaresistenzameccanicaealfuoco.

La resistenzaal fuocosipuòdefinirecome lacapacitàdiunmanufattodi svolgere lapropriafunzionedalmomentoincuivieneinvestitodaunincendio.


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Laresistenzaalfuocononèunaproprietàintrinsecadelmaterialemaèunaprestazionediunelementostrutturale,odell’interastrutturaneiconfrontidell’azionediincendio.

Lestruttureinlegno,nonostantelacombustibilitàdelmateriale,hannounbuoncom-portamentoalfuocoselasezionetrasversaledeglielementistrutturalinonèdidimensioniridotte.Sottol’azionedelfuocoeraggiuntalatemperaturadicarbonizzazione,laresisten-zae larigidezzadel legnodiventanonulledeterminandocosì lariduzionedellasezioneresistentedeglielementistrutturali.Generalmentesiconsiderachelecaratteristichemec-canichedella sezione lignea residua,ovveroquella sezionechenoncomprende la zonacarbonizzata,adunacertadistanzadallostratocarbonizzato,nonrisultanoridotterispettoallecondizionistandard.

Il quadronormativodi riferimentoper le strutture in legnoè rappresentato inEuropadall’Eurocodice5einItaliadalDecretoLegislativo14gennaio2008“NormeTecnicheperleCostruzioni”(NTC2008),conquest’ultimol’Italiahadettatoleregoleperlecostruzioniinlegno,perl’utilizzodiquestomaterialeesullecaratteristichechedevepossedereaffinchépossaessereimpiegatonellecostruzioni.Icapitolichetrattanoiltemadellecostruzioniinlegnosono:

– Capitolo4.4.“Costruzionicivilieindustriali–Costruzionidilegno”; – Capitolo7.7.“Progettazioneperazionisismiche–Costruzionidilegno”; – Capitolo11.7.“Materialieprodottiperusostrutturale–Materialieprodottiabasedilegno”.

Nonostantel’introduzionediquesticapitoli,leNTCnonsonosufficientiperlaprogetta-zione,epertantofannospessoriferimentoanormativedicomprovatavaliditàperquantononespressamentespecificatoindettanorma.

L’Eurocodice5,essendoildocumentonormativopiùcompletoperlaprogettazionedellestruttureinlegno,èconsideratocomenormadicomprovatavaliditàepertantopuòessereutilizzatosenzacontrastareleprescrizionidelleNTC2008,salvol’utilizzodeicoefficientidisicurezzachedevonoesserequelliindicatinellanormativaitaliana.

Arch. Elisabetta ScaloraIng. Vincenzo Calvo

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Capitolo 1Il legno

Illegnoèilpiùanticomaterialedacostruzioneedharappresentatosinoallasecondametàdell’800ilmaterialeprincipaleperlarealizzazionedegliorizzontamenti.Conlarivoluzioneindustrialenellasecondametàdell’800sidiffondonoisolairealizzaticonprofilatimetalliciesuccessivamenteagliinizidel‘900sihannoiprimiorizzontamentiincalcestruzzoarmatoquindi,sinoaqualchedecenniofa,illegnoharicopertounruolosecondario.

Direcenteillegnostarecuperandoimportanzaeprestigio,graziealleinnovazionitecno-logiche(comelegnolamellareexlam)eall’emergeredeltemadellaeco-sostenibilità,chestaricoprendounruoloimportantenellabioarchitettura,unvantaggiodellegno,infattièlasuacapacitàdiridurrel’utilizzodienergia.

Illegnoèunmaterialecompositocostituitodacellulevegetalidiformaallungatadisposteparallelamenteall’assedeltronco,edècostituitoprincipalmenteda:

– cellulosa; – lignina; – acqua; – estrattivi.Lacellulosa è unpolisaccaride compostodaunità ripetutedelmonomerodiglucosio

checostituisceilcomponentebasedellaparetecellulare(40-46%delpesosecco)epossiedebuonaresistenzaatrazione.

Laligninaèunpolimeroorganicocostituitoprincipalmentedacompostifenolici,costi-tuisceil20-30%inpesodeltessutolegnosoepossiedeunabuonaresistenzaacompressione.

L’acquacontenutanel legnoèpresente inquantitàchevariadal17al60%edèsottoformadiacquadicostituzione,disaturazioneediimbibizione.

Gliestrattivicomprendonocompostidinaturadiversa,traquesticitiamoicarboidrati,gliacidigrassi,fenoli,itannini,etc.,nonostantesianocontenutiinpiccolequantitàpossonocon-ferireallegnoimportantiproprietà,qualicolore,durabilitànaturale,stabilitàdimensionale.

Dalpuntodivistatecnologicosiintendeperlegnolaparteinternadeifustidellepiantear-boree,appartenentiallegimnosperme(conifere)ealleangiospermedicotiledoni(latifoglie).

Illegnoderivatodalleconifere(pino,abete,larice,ecc.)possiedeunastrutturaomogeneaecompattapoichéècostituitoperil95%datracheidi,cellulechesvolgonofunzionediso-stegnomeccanicoediconduzionedellalinfa.

Illegnoconfunzionestrutturalederivanellamaggiorpartedalleconiferepoichéquest’ul-timehannounamaggiorerapiditàdicrescitaeillegnochesenericavaèpiùeconomicoemaggiormentelavorabileinquantotenero.

Lelatifoglie(faggio,rovere,noce,ciliegio,olmo,ecc.)sonocostituitedafibre e vasi,lefibrehannofunzionedisostegnoeivasihannofunzionediconduzionedellalinfa,epos-


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siedononervaturepiùsottili,neconseguecheillegnorisultapiùduroevienegeneralmenteutilizzatoinebanisteria.

Infunzionedellastrutturaedelladisposizionedellecellulesideterminanoleproprietàfisicheemeccanichedeidiversitipidilegno.

Medianteunasezionetrasversaledelfustoèpossibiledistinguereglistratichelocom-pongono(anelli),dall’esternoversol’internopossiamoindividuare:

– corteccia:costituiscel’anellopiùesternoedhaunafunzioneprotettivadagliagentiatmosferici;

– floema:haunospessoremoltosottileedèiltessutodiconduzionedellalinfaelabo-rata,ovvero ilnutrimentosintetizzatochedalle foglie raggiunge tutte lealtrepartidell’albero;

– cambio:è lazonaincui inizia l’accrescimentodel tronco,ovveroproducealburnoversol’internoefloemaversol’esterno;

– alburno:èformatodacellulenellequaliscorrelinfagrezza,ovveroacquaesalimi-nerali,chedalleradicigiungeallefoglie;

– durame:èlazonadeltroncodimaggiorespessore,ècostituitodacelluledureecom-patteedèessenzialmentel’alburnoinvecchiato,nelqualenonsihapiùflussodilinfa;

– midollo:èlapartepiùinternadeltroncoenonsidifferenziamoltodaldurame.

Figura 1.1. Sezione trasversale di un tronco d’albero

Illegnoèunmaterialedioriginebiologicaepertantolesuecaratteristichefisicheeilsuocomportamentomeccanicosonostrettamentelegatiall’anatomiadellapiantadiprovenienza.

All’internodeltronco,idealmentecilindrico,siindividuanotredirezioniprincipali(lon-gitudinale,radialeecirconferenziale)acuicorrispondonotresezioni(trasversale,radialeetangenziale),perognunadellequalièpossibiledefinirecaratteristichemorfologichedifferen-ziateecaratteristichefisicheemeccanichemoltovariabili,checonferisconoalmaterialeunospiccatocomportamentoanisotropo.

Proprioper lasuaanisotropia, il legnopossiedeunaresistenzaaglisforzichevaria infunzionedelladirezioneincuiquestiagisconorispettoalladirezionedellefibre,ingeneralesipuòaffermarechesihaunaresistenzamaggioresesollecitatoparallelamenteallafibratura

1. IL LEGNO

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eunaresistenzaminoresesollecitatoortogonalmenteallafibratura,proprioperquestapecu-liaritàèimportantelaprogettazionedeinodi.

Figura 1.2. Schematizzazione delle direzioni anatomiche del legno: L – direzione longitudinale: è parallela all’asse del tronco e corrispondente alla direzione delle fibre; R – direzione radiale: è perpendicolare alla direzione longitudinale; T – direzione tangenziale: è perpendicolare alla direzione longitudinale e alla direzione radiale.

❱ 1.1. Pregi del legnoIllegno,cometuttiimaterialidacostruzionepresentavantaggiesvantaggi.Ilprimovan-

taggio,chemeritadiesseremenzionato,ècheillegnoèunmaterialesostenibile,inquantol’energiautilizzatanelprocessoproduttivoperlarealizzazionedellecostruzioniènettamenteinferioreaquellageneralmenteimpiegatapercostruzioniincementoarmatooinmuratura,inoltre il legno impiegato per le costruzioni è ecologico e rinnovabile, infatti può esseretrasformatoeriutilizzatoinvarimodi,quindiconl’utilizzodiquestomaterialesipossonorealizzareedificisostenibiliconunbassoinquinamentoambientale.

Illegnoèunmaterialeconbuonecaratteristicheisolanti,grazieallaporositàdellasuastrut-tura;infatti,lecostruzionidilegnohannounacapacitàdiisolamentotermicomaggiorerispettoallecostruzioniconvenzionali,peresempiounmuroesternoinlegnorisultamenospessodiunmuroinmattonieforniscealcontempounisolamentomaggioreevitandopontitermici.

Lecostruzioniinlegnohannounabuonaresistenzaalfuoco,nonostantesianorealizzateconunmaterialecombustibile;illegnocarbonizzasuperficialmenteinmodouniformefor-mandounabarrieracheprotegge la sezionepiù internaedostacola lapropagazionedellefiammeversol’interno,evitandoilcrolloimprovvisodellastruttura.

Il legnohaunabuonaresistenzaaflessione,eun’altrettantobuonaresistenzaatrazio-neecompressionesesollecitatoparallelamenteallafibratura,equindipuòesseredefinitocomeunmateriale dalle buoneproprietàmeccanichema risulta particolarmente sensibileall’umidità,pertantoèsoggettoafenomenidirigonfiamento,perassorbimentod’acqua,ediritiro,perdisseccamento,chetendonoadeformarelasezionedeglielementi.Perevitareledeformazioni,dovuteaifenomenisopracitati,sideveeffettuareunaprecisastagionatura,checonsistenelportareilmaterialeaduntassodiumiditàinequilibrioconquelladell’ambienteincuiverràcollocato.


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Èimportanteprecisarecheleproprietàmeccanichedellegno,essendounmaterialeani-sotropo,varianoconladirezioneanatomicaconsiderataevarianonotevolmenteinfunzionedell’umiditàedellatemperaturadell’ambiente.

Ingeneralepossiamoaffermareche: – ilpesospecificodellegnoèdirettamenteproporzionaleallaresistenzameccanica; – laresistenzaèinversamenteproporzionaleall’umiditàcontenutanellegno.Inquantomaterialeigroscopico,illegnotendeadassorbireeacedereumiditàcercando

l’equilibriotermo-igrometricoconl’ambienteincuiècollocato.Lamanualisticaindicatrecondizionidiumiditàperlavalutazionedellamassavolumicadellegno:

– stato fresco (legno appena tagliato) che possiede di umiditàmaggiore o uguale alpuntodisaturazionedellepareticellulari(30%);

– statonormale(umiditàvariabiletrail12%edil15%); – statoanidro.Perumidità,U,dellegnosiintendeilrapportotralamassadell’acquacontenutanellegno

elasuamassaanidra.Perconvenzioneilvaloredel12%diumiditàdellegnoèdefinitacome“umiditànormale”.Dopoilperiododistagionaturaillegnopuòraggiungereiseguentigradidiumiditàin

funzionedellatemperaturadell’ambiente: – U≤12% ambientichiusiriscaldati; – 12%<U>20% ambientichiusinonriscaldatioaperticoperti; – U>20% ambientiapertisenzaprotezione.Lastagionaturahailcompitodiportarel’umiditàdellegnoinequilibrioconquellaatmo-

sferica,equindinondieliminaredeltuttol’umiditàdellegno.Lafasedistagionaturadeterminaunariduzionedelledimensionidellesezioniinlegno

equindigenerailfenomenodelritiro,masenuovamenteincontattoconacquaodelevataumidità,essesubisconounrigonfiamento.

Lavariazionedimensionalenonèuniformeintutteetreledirezionianatomichedellegnomasidifferenzia,assumendoiseguentivalori:

– ritiro<1% indirezioneassiale; – 3%<ritiro<6% indirezioneradiale; – 5%<ritiro<12% indirezionetangenziale.Quindi, le variazioni dimensionali che accompagnano la perdita di umidità del legno

sonopiuttostolieviparallelamenteallafibraturaeconsiderevolilungoledirezioniradialietangenziali.

Datal’anisotropiaconcuisimanifestailfenomenodelritiroèchiarocheglielementiottenutidallasegaturadeltroncopossonopresentarevariazionidiformaasecondadell’o-rientamentodelpianoditagliorispettoaglianellidiaccrescimento.

Illegnoèresistentealcalore,algelo,allacorrosioneeall’inquinamentoepertantononrichiedetrattamentichimiciperdurareneltempo,l’unicofattorechedeveesseretenutosottocontrolloèl’umidità.

1. IL LEGNO

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❱ 1.2. Difetti del legnoLecaratteristichedellegnosonofortementeinfluenzatedallapresenzadidifetti,comeper

esempioinodi,edaidanniprovocatidamicrorganismi,comefunghieinsetti.Lapresenzadidifettiriduceleproprietàmeccanichedellegno,iqualisidividonoin: – difettidovutiallalavorazione; – difettinaturali.Idifettidovutiallalavorazionedipendonodalmodoincuivieneeffettuatoiltaglio,che

puògenerareilfenomenodelritironelletredirezionianatomichedellegno,odaunacattivastagionatura,eprendonoilnomedi:

– imbarcatura trasversale:curvaturadell’asseperpendicolarmenteallefibre; – imbarcatura longitudinale:curvaturadell’asseparallelamenteallefibre; – svergolatura:deformazione torsionaledell’assechesubisceun’imbarcaturasia tra-sversalechelongitudinale.

– arcuatura:curvaturacheassumonoletavoledilegnoumide,seccandosi.Lacorrettastagionaturadellegnoèquindiun’operazionedigrandeimportanza,puòes-

sereeffettuatainmanieranaturaleoartificiale.Lastagionaturanaturalesieffettuatagliandoitronchiedesponendoliinambientiarieg-

giatialriparodallapioggia,richiedetempilunghi.La stagionatura artificiale richiede tempipiùbrevi,ma trattandosidi una stagionatura

acceleratapresentadeglisvantaggivisibilineltempo.Iprincipalidifettinaturali,generalmentericonducibiliadqualcheirregolaritàdiaccre-

scimento,sono: – nodi; – cipollature; – fenditureradiali; – eccentricitàdelmidollo.

NodiInodirappresentanodelleporzionidiramicontenuteall’internodeltronco,sonodovuti

adunacrescitaanomaladeiramineldurame,hannounamassavolumetricadiversadaquelladellegnocircostanteedurantelastagionaturasiritiranopiùvelocementerispettoallealtrepartidellegnoepertanto,essendoelementididiscontinuitàedifformitàdellegnocostitui-sconoundifetto.

Analizzandolasezionetrasversaledeirami,sipuònotarechehannolastessastrutturadeltronco,equindianch’essipresentanounmidollocentrale,glianellidiaccrescimento,ildurame,l’alburno,ilcambioelacorteccia.Iramisiaccrescono,partendodalmidollodeltronco,indirezioneorizzontaleopocoinclinata.

Lacontinuitàdeltessutodelcambiogarantiscelacontinuitàdeltessutolegnosotratroncoeramo,inquestocasosiparleràdi“nodosano”.

Quandounramomuorediventauncorpoestraneoacontattoconiltronco,ecometalevienegradualmenteinglobatodallacrescitadiquest’ultimo,intalmodoavvienelaformazio-nedei“nodimorti”.Manmanocheiltroncocresce,ricopreemascheradeltuttoquestinodi,sinoarendereindistinguibililezoneincuiessieranopresenti.


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Nelleassiinodisiconfiguranocomepiccolicerchidicolorediverso,inodivivisonoquelliattaccatiallegnocircostanteenoncompromettonoleproprietàmeccaniche,mentreinodimortisonoquellichesistaccanodallegnolasciandoibuchiediconseguenzarendonoinutilizzabilel’elemento.

Quindi,lapresenzadinodiincidesullalaresistenzaarottura,sulladeformabilitàesullaformazionedifessure.

Figura 1.3. Schematizzazione dei nodi: a) nodo vivo – b) nodo morto

CipollatureLecipollaturesonodifettidovutialdistaccotradueanelliannualidiaccrescimento,si

manifestanomaggiormentesullegnostagionato,esonocausatedadiversifattori,comeperesempio:

– differenzediaccrescimentodeicerchiannualiindipendenzadelclima,delterrenoecc.; – azionimeccaniche(vento,fulmini,geloedisgelo,ecc.); – azionifungine; – tagliofuoristagione.Lapresenzadicipollaturedeterminaunariduzionedelleproprietàmeccanicheepertanto

illegnoconquestotipodidifettononpuòessereutilizzatocomelegnodacostruzione.

Figura 1.4. Cipollature

1. IL LEGNO

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Fenditure radialiSono difetti dovuti a sbalzi di temperatura, determinano delle lesioni nel durame con

direzioneradiale,dall’esternoversol’interno,chealteranolacontinuitàdeitessutilegnosi,compromettendonelaforma,lastrutturaelafunzionalità.

Figura 1.5. Fenditure radiali

Eccentricità del midolloSiparladi eccentricitàdelmidolloquando la suaposizioneè spostataverso l’esterno

rispettoalcentrodeltronco;èundifettotipicodialberichecresconosupendiimoltoripidioinzonemoltoventose.L’eccentricitàdelmidollodeterminaanchel’eccentricitàdeglianellidiaccrescimentoacuisiaccompagnaunaovalizzazionedellasezionetrasversale,ciòinfasedistagionaturacomportaunritirodifferentedovutoalladiversadensitàeneconsegueunadifficoltàdilavorazione.

Figura 1.6. Eccentricità del midollo

❱ 1.3. Proprietà fisiche e meccaniche del legnoLe proprietà fisiche forniscono informazioni sulla natura e sulla struttura del legno,

essesono: – densità:èilrapportotralamassalegnosaeilvolume; – peso specifico:èfunzionedelladensitàedellaquantitàdiacquacontenuta.General-menteilpesospecificovienerilevatodopoilperiododistagionatura;


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– igroscopicità:èquellaproprietàlegataall’umiditàeallatemperaturacheconsenteailegnamidideformarsi;

– porosità:èlacapacitàdiassorbirel’umidità; – ritiro:èilfenomenochedeterminalavariazionedivolumepereffettodell’umiditàedellatemperatura.

Lecaratteristichemeccanichedellegnodipendonodamolteplicifattori,quali:l’essenza,ilpesospecificosecco,ilgradodiumidità,ladirezionedellefibrerispettoallasollecitazioneeidifettidellegnostesso.

Leproprietàmeccanichefornisconoinformazionisulmododireagireallesollecitazioni,essesono:

– durezza:èlacapacitàdelmaterialearesistereallapenetrazionedialtricorpi; – resistenza:èlacapacitàdellegnodiresistereaforzeesollecitazionisenzarompersi; – elasticità:èlacapacitàdeilegnamiaritornareallostatoinizialedopoaversubitounasollecitazione,soprattuttosesollecitatiaflessione;

– tenacità:èlaproprietàchedeterminalaresistenzadellegnoasforzidinamici.Ladeformabilitàdellegnosottol’azionediunaforzaapplicata,èespressainterminidi

modulidielasticitàedicoefficientidi scorrimento,mentre lacapacitàportanteallevariesollecitazionivieneespressainterminidiresistenze.

Considerandol’anisotropiadellegno,chelorendeunmaterialenonomogeneo,ilvalo-ridelleresistenzemeccanichecaratteristichedevonoessereintesicomevalori indicativiedevonoesserecalcolatenonsullamediadeivaloriregistratiperlasollecitazione,bensìsuivaloriminimiinmododapotergarantireunamaggioresicurezza.

Un’importanteconsiderazionedafareècheunprovinodilegnofornisceproprietàmec-canichedifferentiunfunzionedellatemperaturaedell’umiditàacuièsottoposto,echeprovi-nidifferentipossonofornirevaloridiresistenzadifferentiinfunzionedellapresentadidifetti

Inoltreladeformazioneelaresistenzasonostrettamentelegatealladuratadellesolleci-tazioniapplicate.

Percomprenderecomesicomportaillegnosottol’azionediuncaricoassiale,analizzia-moildiagrammatensioni-deformazioni(σ-ε),chesintetizzairisultatidellaprovadicom-pressionediunprovinodilegno,costituitodaunparallelepipedoconfibraturaparallelaallalunghezza.

Mediantelaprovadicompressioneotterremo,alvariaredelcarico,coppiedivaloriditensioniedeformazioni.

SidefiniscetensionelaforzachesitrasmettemedianteunasuperficieunitariaesimisurainN/m2,poichéletensionidellegnopossonoassumerevalorielevatispessovengonoespres-seinMegapascal(MPa),pariaad1N/mm2.

Letensionisonoessenzialmentedituetipi: – tensioni normali:sonoorientateperpendicolarmenteall’elementodisuperficieconsi-deratoesiindicageneralmenteconlaletteragrecaσ;

– tensioni tangenziali:sonoorientateparallelamenteall’elementodisuperficieconside-ratoediindicanogeneralmenteconlaletteragrecaτ.

Inunatrave,letensioninormaliσpossonoesseregeneratedasollecitazioniditrazioneecompressionelongitudinale,odasollecitazionidiflessione.Mentreletensionitangenzialiτpossonoesseregeneratedasollecitazioniditagliootorsione.

1. IL LEGNO

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Lesollecitazionisonogeneratedaforzecheagisconosuuncorpo.Letensioniσsideterminanoconlaformula:

σ = FA

dove:F èilcaricocheagiscesulprovino;A èl’areadellasezionetrasversaleincuièapplicatoilcarico.

Ledeformazioniεsideterminanoconlaformula:

ε = Δll

dove:Δl èlavariazionedimensionalegeneratadall’applicazionedellosforzo;l èlalunghezzadelprovino.

Riportando ivaloriottenutineldiagrammaσ-εotterremounacurva incui il trattohaandamentorettilineo,ovveroilprovinohauncomportamentoelastico-lineare,nelqualeledeformazionisonodirettamenteproporzionalialletensioniagentiequindilaleggediHookeèsoddisfatta,laqualesitraducenellaseguenteequazione:

σ = E ⋅ε

dove:E èunacostante,chiamatamodulodielasticitàoModulodiYoung,chegeometrica-

menteèilcoefficienteangolaredeltrattoesideterminaconlaseguenteespressione:

E = tgα

Durantelafaseelasticaledeformazioniindottesonoreversibili,alraggiungimentodellimite di proporzionalità(puntoA)inizialafaseplastica,ovverolacurvanonhapiùunanda-mentorettilineoeledeformazioniindottedalcaricosonoirreversibili.Raggiuntoillimite di plasticità(puntoB)ilmaterialehauncomportamentoimprevedibileeaumentandoulterior-menteilcaricosigiungeallimite di rottura.Latensionechecorrispondeallimitedirotturasidefinisceresistenza del legno.

Possiamo,quindi, concludere che il legno sottoposto a sollecitazionihauncomporta-mentoditipoelasto-plastico,ovveroall’aumentaredellaforzaaumentaladeformazionesinoalraggiungimentodellimitediproporzionalità,oltrepassatoquestolimiteledeformazionicresconoinmodopiùcheproporzionaleedaumentanofinoallarottura.


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Figura 1.7. Diagramma tensioni-deformazioni (σ-ε)

DurezzaLadurezzaindicalaresistenzadelmaterialeadopporsiallapenetrazionedialtricorpi;

leprovedidurezzaconsistononelmisurarel’areadiimprontalasciatasullasuperficiedaunaltrocorpo(penetratore)adeguatamentecaricatosuunprovino.Esistonodiversescalepermisurareladurezzadeimateriali,chevarianoinfunzionedell’apparecchioedellaformadelpenetratore,lepiùusatesono:

– durezza Brinell:vieneespressainN/mm2edèilrapportotralaforzaapplicataelasuperficiedellacalottasfericadell’improntalasciatanellegnodaunasferadiacciaioaventediametrodi10mm;

– durezza Janka:vieneespressainNedèdatadallaforzanecessariaperfarpenetrarenellegno,unasferadiacciaio,aventediametro11,28cm,perunaprofonditàparialsuoraggio;

– durezza Chalais-Meudon o durezza di fianco: consistenell’applicareun carico co-stantedi1KNperognicmdilarghezzadelprovino,medianteunpunzonecilindricoaventeraggiodi15mmelunghezzapariallalarghezzadelprovino;ladurezzavieneespressainfunzionedellaprofonditàdipenetrazionedelcilindro,determinatainbaseall’improntalasciatasullasuperficiedelprovino.

ResistenzaLaresistenzaindicalacapacitàdellegnodiresistereallediversesollecitazionieper-

tantoavremo: – resistenza a compressione assiale:èilrapportofrailcaricoultimoapplicatoindire-zioneparallelaallafibraturael’areadellasezionetrasversale.Un’elevataresistenzaacompressioneassialeèutileneglielementipresso-inflessi;

– resistenza a compressione trasversale:èilrapportofrailcaricoultimoapplicatoindirezioneortogonaleallafibraturael’areadellasezionetrasversale.Un’elevataresi-stenzaacompressionetrasversaleèutilenegliappoggitrave-colonna;

– resistenza a trazione:èilrapportofrailcaricoultimoel’areadellasezionetrasversa-le.Unabuonaresistenzaatrazioneèimportanteperlecatenedellecapriate;

– resistenza a flessione:lasollecitazionediflessioneèassociataadunadeformazionecurvilineadelprovino,dovelaparteconcavahasubitounaccorciamento,mentrelaparteconvessaunallungamento.Laresistenzaaflessioneèimportantedoveilrappor-totralaluceliberaelospessoredelpezzoèelevato;

1. IL LEGNO

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– resistenza a taglio:acausadell’anisotropiadellegno,lerotturepereffettodeltaglioavvengonolungolesuperficiparalleleallafibratura.Laresistenzaataglioèimpor-tantedoveilrapportotralaluceliberaelospessoredelpezzoèbassoedicarichisonoelevati;

– resistenza a carico di punta:incorrispondenzadiuncertocaricocritico,glielementistrutturalisnelli,soggettiaduncaricoassiale,siinflettonoegiungonoarotturaprimachesiaraggiuntoillimitedirotturaacompressioneassiale.Questotipodicomporta-mentoètipicodeipuntonidiunacapriata.

ElasticitàIlmodulodielasticitàE(modulodiYang)generalmentepuòesseredeterminatomediante

laprovadiflessioneomediantemetodidinamici,comeadesempiolostudiodellevibrazioni,chesipossonoottenerestimolandounprovinoinvariomodo.Ingeneralepossiamoaffer-marecheilmodulodielasticitàcalcolatoconimetodidinamicirisultamaggiorediquellocalcolatomediantelaprovadiflessione.

Unaltrometodoper ladeterminazionedelmodulodiYoungè lo studiodel tempodipropagazionedelleonded’urtoall’internodellegno.QuestotipodiprovaèutilizzataperladeterminazionedelmodulodiYoungsuelementistrutturaliinoperaoperl’individuazionedellezonedegradatedellegnononvisibiliadocchionudo.

❱ 1.4. Durabilità e degrado del legnoLabiodegradabilitàdellegno,avolteèconsiderataunvantaggiomacostituisceunaspet-

todanonsottovalutareperlasuaconservazioneedurataneltempodopolaposainopera.Indeterminate condizioni di impiego, il legno èunmateriale estremamentedurevole,

tant’èverocheinGiappone,paeseconunclimapiuttostoumido,siritrovanodegliedificisacriinlegnoancoraintegridopocirca1300anni.

Ladurabilitàdelleopererealizzateconprodottiinlegnostrutturalièottenibilemedianteun’accurataprogettazionedeidettagliesecutivi.

Alfinedigarantirealla strutturaadeguatadurabilità, sidevonoconsiderare i seguentifattoritralorocorrelati(paragrafo11.7.9.1delleNTC2008):

– ladestinazioned’usodellastruttura; – lecondizioniambientaliprevedibili; – lacomposizione,leproprietàeleprestazionideimateriali; – laformadeglielementistrutturaliediparticolaricostruttivi; – laqualitàdell’esecuzioneedillivellodicontrollodellastessa; – leparticolarimisurediprotezione; – laprobabilemanutenzionedurantelavitapresunta.

adottandoinfasediprogettoidoneiprovvedimentivoltiallaprotezionedeimateriali.Ildeterioramentodellegnopuòesserecausatodavarifattori: – fattori di origine biologica:attaccodiinsetti(chepossonoscavarenellegnogallerie,finoaridurloinpolvere)odiorganismixilofagi,peresempioifunghi(chepossonoprovocarealterazionicromaticheemarciume,sinonimodicarie);

– agenti atmosferici:sbalzidiumiditàeditemperatura.


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Ildegradamentobiologicodellegnodapartedifunghieinsettixilofagipuòessereinne-scatodaparticolaricondizionidipendentidallatemperaturaedall’umidità,epiùprecisamen-tetemperaturadell’ariacompresatrai18°edi30°Cecontenutod’acquanellegnosuperioreal20%,pertantosidevecercaredimantenereillegnoaldisottoditalesogliadiumiditàperevitarel’attaccodifunghiedevitareilcontattoconilterrenoperevitarel’attaccodapartediinsetti,comeadesempioletermiti.

Nonostantelasensibilitàagliagentiatmosferici,illegnopuòavereunabuonadurabilitàsevieneutilizzatalaspeciebotanicapiùidoneaeseidettaglicostruttivisonostatiprogettatierealizzatiinmododanonfarristagnarel’acquasullesuperfici.

Ognispeciebotanicaècaratterizzatadallasuadurabilitànaturale.Sidefiniscedurabilità naturalediunaspecielegnosa,lacapacitàdellegnodimantenereneltempoleproprieca-ratteristichefisicheemeccanicheneiconfrontideldegradamentodovutoafattoriclimaticiebiologici,senzaesseretrattatoconsostanzepreservanti.

Illegnopuòessereconservatomedianteprodottichimicicontroildeterioramento,eper-tantounaltroaspettodellegno,danonsottovalutare,èlasuatrattabilità,ovverolacapacitàdellegnodiassorbireliquidi,inparticolare,preservanti.

Illegnoedimaterialiabasedilegno,peressereutilizzaticomematerialidacostruzione,devonopossedereun’adeguatadurabilitànaturaleperlaclassedirischioprevistainservizio,oppuredevonoesseresottopostiaduntrattamentopreservanteadeguato.Lenormeeuropeechetrattanoiltemadelladurabilitàdellegno,citateanchenelleNTC2008,sono:

– UNIEN350-1:forniscelelineeguidaperladeterminazionedelladurabilitànaturaledellegnomassicciosottopostoall’attaccodiorganismixilofagi;

– UNIEN350-2:fornisceindicazionisulladurabilitàel’impregnabilitàdialcunespe-cielegnoseinambitoeuropeo;

– UNIEN351-1:descriveilmetododiclassificazionedellapenetrazioneeritenzionedelpreservanteneilegnamiimpregnati;

– UNIEN335:definiscecinqueclassidiutilizzo(rischiobiologico)eirelativirequisitididurabilitànaturaleinfunzioneallecondizionidiservizio;

– UNIEN460:fornisceunaguidaairequisitididurabilitànaturaleperillegnodauti-lizzarenelleclassidirischio.

Specie legnosa FunghiInsetti xilofagi

Cerambiciti Anobidi Lictidi Termiti

CONIFERE

Abetebianco 4 S S – S

Abeterosso 4 S S – S

Douglasia 3-4 S S – S

Larice 2 S S – S

Pinopece 3 S S – M-S

Pinosilano 4-5 S S – S

Pinosilvestre 3-4 S S – Ssegue❱

1. IL LEGNO

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Specie legnosa FunghiInsetti xilofagi

Cerambiciti Anobidi Lictidi Termiti

LATIFOGLIE

Castagno 2 S S D M

Cerro 4 S S S M

Faggio 5 S S D S

Farnia 2 S S S M

Pioppo 5 S S D S

Rovere 2 S S S M

1=Moltodurabile;2=Durabile;3=Moderatamentedurabile;4=Pocodurabile;5=Nondurabile

D=Durabile;M=Moderatamentedurabile;S=Attaccabile

Tabella 1.1. Durabilità naturale di alcune specie legnose, norme UNI EN 350-2

Classe di impregnabilità Descrizione Comportamento all’impregnazione

1 Impregnabile

Facile da impregnare; i segati possonoessere penetrati completamente senzadifficoltà mediante trattamento a pres-sione.

2 Moderatamenteimpregnabile

Abbastanza facile da impregnare; nor-malmente non è possibile una penetra-zionecompleta,maconuntrattamentoapressionedi2÷3oresipuòraggiungereunapenetrazionelateraledi6mmnelleconifereediun’altapercentualedeivasinellelatifoglie.

3 Pocoimpregnabile

Difficile da impregnare; un trattamentoapressioneda3a4orepermettealpiùunapenetrazionelateralecompresafra3mme6mm.

4 Nonimpregnabile

Virtualmenteimpossibiledaimpregnare;scarsa quantità di preservante assorbitaanchedopo3÷4orediimpregnazioneapressione;lapenetrazionelateraleelon-gitudinaleèminima.

Tabella 1.2. Impregnabilità dei legnami, norme UNI EN 350-2

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