Cross Laminated Timber (CLT) Beams Loaded in Plane: Testing Stiffness and Shear Strength

Nuovo articolo di Francesco Boggian, Mauro Andreolli e Roberto Tomasi sulla resistenza e sulla rigidezza di travi in XLAM caricate nel loro piano.

Set up

Abstract: Cross Laminated Timber (CLT) is a relatively new timber product used in construction that has gained popularity over the last decade. The product itself is constituted by multiple glued layers of juxtaposed boards, usually arranged in an orthogonal direction between one layer and the adjacent ones. This particular structure brings several benefits, such as the possibility to use the same product both for walls and slabs, since it can bear in-plane and out-of-plane loads. However, the mechanical behavior differs from usual timber products, and research is still ongoing to achieve common agreement on standard procedures for testing products and theories for evaluating stresses for safety verifications. This paper focuses on the in-plane shear behavior of CLT and analyzes the existing methods to evaluate shear stresses. An experimental part then presents a four-point bending test of CLT beams with a specific geometry to induce shear failure. Results are reported both for the elastic range test, measuring the Modulus of Elasticity, and for the failure test to investigate shear behavior with regard to different mechanisms. Previously exposed methods are used for the calculation of shear stresses and to analyze the correspondence between them, and the results are then compared with other existing tests and values in literature. A new test setup for future research is eventually proposed.

Failure modes

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Sisma Bonus – Classificazione del rischio sismico di un edificio progettato con TimberTech Buildings

Nella sempre più attuale e fondamentale ricerca della mitigazione del rischio sismico si assiste sempre più spesso al rifacimento di strutture preesistenti, spesso in muratura, mediante le tecnologie in legno. Questa tendenza viene ulteriormente incrementata e incentivata a seguito della Legge di Stabilità 2017 che ha inteso fare del Sisma Bonus l’occasione per un piano volontario dei cittadini, con forti incentivi statali, di valutazione e prevenzione nazionale del rischio sismico degli edifici.
Diventa quindi necessario procedere alla classificazione del rischio sismico delle costruzioni in accordo con le disposizioni del Decreto ministeriale n. 58 del 28/02/2017 e successivamente modificato dal n. 65 del 07/03/2017 al fine di redigere le pratiche per l’attestazione dell’efficacia degli interventi effettuati.

In quest’ottica abbiamo sviluppato un semplice foglio di calcolo che supporta il progettista nella attribuzione della Classe di Rischio alla nuova struttura in legno progettata con TimberTech Buildings.

Sisma Bonus - Classificazione rischio sismico

La valutazione della Classe di Rischio secondo il Metodo convenzionale fa riferimento ai parametri PAM e IS-V.
Il parametro Perdita Annuale Media (PAM) tiene in considerazione il costo di riparazione dei danni prodotti dagli eventi sismici che si manifesteranno nel corso della vita della costruzione, ripartito annualmente ed espresso come percentuale del costo di ricostruzione. Esso può essere valutato come l’area sottesa alla curva rappresentante le perdite economiche dirette in funzione della frequenza media annua di superamento degli eventi che provocano il raggiungimento di uno stato limite della struttura.
L’Indice di Sicurezza (IS-V) della struttura è definito come il rapporto tra l’accelerazione di picco al suolo che determina il raggiungimento dello Stato Limite della salvaguardia della Vita e quella che la norma indica come riferimento per la progettazione di un nuovo edificio.
La Classe di Rischio è definita come la peggiore tra la Classe PAM e la Classe IS-V e può assumere valori che vanno dalla classe G (maggior rischio) alla classe A+ (minor rischio).

Chiarimenti sulle verifiche di vibrazione dei solai fornite dalla Circolare alle NTC 2018

Le norme Tecniche trattano gli stati limite di esercizio al paragrafo 4.4.7, specificando che “nel caso di impalcati, si raccomanda la verifica della compatibilità della deformazione con la destinazione d’uso”, senza fornire ulteriori indicazioni.

Il paragrafo C4.4.7 della Circolare chiarisce che:

“Si dovrà verificare che le azioni previste sulla struttura non producano vibrazioni che ne possano compromettere la normale utilizzazione o comunque ridurre il comfort degli utenti.

Si raccomanda che gli effetti provocati sui solai da vibrazioni e urti indotti dal calpestio siano limitati, in modo da garantire un accettabile livello di comfort per gli utilizzatori. Per solai aventi una frequenza fondamentale maggiore o uguale a 8 Hz, le verifiche devono essere effettuate limitando il valore massimo di freccia verticale indotto da un carico concentrato F agente su qualsiasi punto del solaio, nonché limitando il valore di velocità iniziale derivante da un carico impulsivo agente nel punto del solaio che fornisce la massima risposta. A tal proposito è possibile fare riferimento a quanto proposto all’interno della UNI EN 1995-1-1. Nel caso in cui la frequenza fondamentale del solaio risulti inferiore a 8 Hz, si raccomanda, al fine di scongiurare possibili fenomeni di amplificazione, di limitare opportunamente la massima accelerazione verticale indotta da un carico dinamico rappresentativo del fenomeno di calpestio lungo il solaio, anche facendo utile riferimento a documenti di comprovata validità.

Nel calcolo dei parametri necessari alle verifiche sopra riportate, si raccomanda di tenere in conto la collaborazione laterale dipendente dalla rigidezza trasversale del solaio. Si suggerisce inoltre di adottare un valore di massa del solaio corrispondente alla combinazione di carico quasi-permanente.

Nel caso si ritenga opportuno svolgere analisi più dettagliate si può far riferimento ai metodi di verifica proposti all’interno di normative di comprovata validità.”

La Circolare fornisce quindi indicazioni sui criteri di verifica da adottare, rimandando alle verifiche dell’Eurocodice 5 e di altri documenti di comprovata validità.

L’essere umano, durante la sua normale attività, provoca carichi dinamici: la frequenza media dei passi nel caso di andatura normale è attorno ai 2 Hz (due passi al secondo). Per questo motivo un primo criterio di dimensionamento è quello di garantire che la frequenza fondamentale del solaio sia sufficientemente alta così da evitare possibili fenomeni di risonanza.

L’Eurocodice 5 richiede che i solai in legno abbiano una frequenza fondamentale maggiore di 8 Hz e il rispetto di due criteri: una verifica di rigidezza minima del solaio, che si ottiene limitando la freccia massima verticale dovuta ad una forza statica concentrata di 1 kN, da applicarsi in un qualsiasi punto del solaio, ed una verifica relativa alla massima velocità di vibrazione del solaio causata da un impulso unitario. Si tratta di formulazioni basate sugli studi di Ohlsson, che si possono applicare a solai caratterizzati da massa particolarmente ridotta, mentre mal si prestano alla valutazione di solai pesanti, molto diffusi nel nostro paese. Ricordiamo che nel caso di solai con una frequenza propria al di sotto di 8 Hz l’Eurocodice 5 richiede analisi particolari, senza tuttavia specificare quali siano i criteri da rispettare.

Successivamente, basandosi su studi teorici e sperimentali, diversi studiosi (citiamo Kreuzinger e Mohr) si sono occupati del problema proponendo metodologie di verifica valide anche nel caso di frequenze inferiori a 8 Hz e basate, oltre che su un criterio di rigidezza minima (freccia sotto l’azione di una forza unitaria) su una limitazione dell’accelerazione del solaio ad un valore di 0,1 m/s2.

Il software TimberTech Buildings risulta essere uno strumento efficace e veloce per valutare il comportamento dei solai nei confronti delle vibrazioni poiché implementa le indicazioni e le verifiche citate in precedenza e richieste o suggerite dalla normativa.

In particolare, elemento per elemento e considerando di volta in volta l’effettivo schema statico, il software valuta la frequenza fondamentale di vibrazione f1 sulla cui base vengono poi eseguite le seguenti verifiche:

  • criterio di rigidezza (deformazione sotto un carico statico concentrato con intensità pari ad 1 kN)
  • criterio di accelerazione (per frequenze f1 inferiori od uguali a 8 Hz)
  • criterio di velocità (per frequenze f1 maggiori di 8 Hz, punto 7.3 norma UNI EN 1995-1-1)

Il software tiene inoltre in considerazione la collaborazione laterale degli elementi costituenti il solaio in funzione dalla rigidezza trasversale degli strati strutturali e degli eventuali strati non strutturali.

14/03/2019 – Ver. 72 – Aggiunta BauBuche GL e pannelli Knauf Diamant X, nuove funzionalità nella sezione inviluppi, miglioramento gestione selezioni in analisi, aggiornamento guida in linea

Nell’ultima versione del software sono state aggiunte nuove funzionalità:

  • Aggiunta del materiale BauBuche GL: il microlamellare di faggio Baubuche GL è ora disponibile e può essere utilizzato per elementi trave, pilastro e per travetti di solaio.
  • Aggiunta del materiale Knauf Diamant X: i pannelli in cartongesso per uso strutturale Knauf Diamant X sono ora disponibili e possono essere utilizzati come pannelli di rivestimento delle pareti intelaiate.
  • Inviluppi delle sollecitazioni: in fase di analisi, è ora possibile visualizzare gli inviluppi delle sollecitazioni (oltre ai già presenti inviluppi delle verifiche).
  • Inviluppi delle deformazioni: in fase di analisi, è ora possibile visualizzare gli inviluppi degli spostamenti di interpiano e assoluti in sommità alle pareti per carichi orizzontali. E’ inoltre possibile visualizzare gli inviluppi delle deformazioni e dei parametri di vibrazioni per le verifiche agli SLE.
  • Link dagli inviluppi alla combinazione più gravosa: è ora disponibile un comodo link che, direttamente dalla sezione inviluppi, consente all’utente di accedere ai dettagli dell’elemento selezionato relativi alla combinazione che massimizza la verifica/azione/deformazione di interesse.
  • Opzione per nascondere il nominativo della combinazione più gravosa in inviluppi: è ora possibile nascondere il nominativo della combinazione che massimizza una verifica/sollecitazione/deformazione dalla tabella riassuntiva degli inviluppi al fine di limitare la mole di dati visualizzata.
  • Sollecitazioni per unità di lunghezza sulle pareti nelle tabelle riassuntive: nelle tabelle sottostanti la finestra di visualizzazione del modello, sono ora disponibili anche le sollecitazioni per unità di lunghezza sulle pareti.
  • Miglioramento della gestione delle selezioni multiple in fase di analisi: la gestione delle selezioni multiple in fase di analisi (nella finestra di visualizzazione del modello e nelle tabelle sottostanti) è stata migliorata ed è ora possibile mantenere la selezione attiva nel passaggio dalle tab di analisi a quelle di progetto.
  • Fattore kcr coerente con la Circolare alle NTC 2018 impostato come valore di default: il valore predefinito del fattore kcr per le verifiche a taglio di elementi in legno è ora impostato coerentemente a quanto riportato nella Circolare alle NTC 2018 (era già disponibile nelle release precedenti ma non era settato come opzione predefinita).
  • Aggiornamento stratigrafie X-Lam Essepi XXL: sono ora disponibili le stratigrafie recentemente aggiornate dal produttore Essepi per i pannelli X-Lam Essepi XXL.
  • Aggiornamento della guida in linea: la guida in linea del software, richiamabile con il tasto F1, è ora aggiornata alle ultime funzionalità rilasciate.
  • Bug fixing and small improvements

 

 

14/01/2019 – Ver. 70-71 – Opzioni per ottimizzazione import .dxf, funzione Sposta e allinea, miglioramento gestione licenze trasferibili con identificazione nominativo postazioni

Nell’ultima versione del software sono state aggiunte nuove funzionalità:

  • Opzioni per ottimizzazione import di file in formato .dxf: è ora possibile abilitare le seguenti opzioni per l’importazione di disegni in formato .dxf:
    • – Unisci punti vicini (2D/3D): consente di unire i punti (anche appartenenti a linee) la cui reciproca distanza è inferiore alla soglia impostabile dall’utente;
    • – Adatta alla griglia (2D): consente di adattare le linee e i punti a una griglia la dimensione dei cui campi è impostabile dall’utente;
    • – Adatta ai punti esistenti (2D): consente di adattare linee e punti importati agli elementi pre-esistenti nel modello prendendo a riferimento i rispettivi nodi.
  • Comando Sposta e allinea: è ora possibile spostare linee di costruzione e punti ed allinearli/adattarli a elementi preesistenti nel modello. La funzione è particolarmente utile quando l’utente voglia importare le piante dei diversi livelli di una struttura ed adattarle sulla porzione già modellata della stessa.
  • Assegnazione nominativo alle postazioni di lavoro per gestione licenze trasferibili: nel caso di utilizzo di una licenza trasferibile, è ora possibile assegnare un nominativo a ciascuna postazione di lavoro al fine di conoscere sempre su quale macchina è in uso la licenza. In particolare, nel caso in cui il software dovesse fornire il messaggio di licenza assegnata a un’altra postazione, verrà anche fornito il nominativo di tale postazione e quindi l’utente saprà immediatamente da quale macchina rilasciare la licenza. La funzione è particolarmente utile per studi con inumerevoli postazioni di lavoro e più di una licenza a disposizione.
  • Bug fixing and small improvements

Nota: le funzioni per il rilascio delle licenze trasferibili e per l’assegnazione del nominativo delle postazioni sono state spostate nella sezione “Preferenze…” raggiungibile dalla Pagina di avvio del software.

 

27/09/2018 – Ver. 69 – Funzioni Estendi, Spezza e Copia proprietà, salvataggio automatico e versioning del modello, salva analisi, nuove opzioni di stampa, miglioramento gestione archivi dei materiali, nuova definizione dei limiti di deformabilità e aggiornamento database XLAM

Nell’ultima versione del software sono state aggiunte nuove funzionalità:

  • Comandi Estendi e Spezza: è ora possibile estendere e spezzare gli elementi del modello in modo semplice ed intuitivo. Ciò permette una più rapida modellazione delle strutture soprattutto in presenza di geometrie complesse e coperture inclinate.
  • Comando Copia proprietà: è ora possibile copiare tutte le proprietà di un elemento ed assegnarle a uno o più elementi della stessa tipologia.
  • Salvataggio automatico: il software esegue ora dei salvataggi automatici del modello ad intervalli regolari e rende disponibili dei file utili al recupero del lavoro nel caso di inconvenienti durante la modellazione.
  • Versioning del processo di modellazione: è ora possibile salvare e gestire diverse versioni del modello all’interno dello stesso file creando una sorta di storico del processo di modellazione della struttura.
  • Salva analisi: è ora possibile salvare i risultati dell’analisi in una milestone e visualizzarli senza necessità di lanciare l’analisi a ogni nuova apertura del modello.
  • Opzioni di stampa: è ora possibile definire elemento per elemento se esso debba essere stampato in relazione o meno.
  • Miglioramento gestione archivi
  • Nuova definizione dei limiti di deformabilità degli elementi
  • Aggiornamento database XLAM
  • Bug fixing and small improvements

 

 

 

Complesso scolastico a pareti intelaiate e XLAM

Complesso scolastico costituito da tre corpi strutturali indipendenti separati da due opportuni giunti sismici.
La struttura portante fuori terra dei tre corpi è realizzata mediante due differenti tecnologie costruttive interamente in legno. Per il corpo scuola e il corpo spogliatoio è stato utilizzato un sistema strutturale a pareti portanti intelaiate, mentre per il corpo palestra sono stati utilizzati pannelli in legno a tavole incrociate XLAM. L’unità scala esterna è realizzata mediante profili in acciaio, mentre l’unità scala interna è realizzata in c.a. La struttura di fondazione è realizzata mediante una platea in c.a. comune per tutti i corpi.

Progetto strutturale: ReWis, Comano Terme (Trento)
www.rewis.it

Edificio residenziale multipiano in XLAM

Edificio multipiano per civile abitazione realizzato a Sesto Fiorentino, in provincia di Firenze.
L’edificio è caratterizzato da quattro orizzontamenti per un’altezza massima pari a 13 m mentre la pianta dell’edificio e inscrivibile in un rettangolo di area pari a 24.8 x 15.5 m2.
La struttura portante della parte fuori terra dell’edificio e realizzata in XLAM mentre il piano interrato e le strutture di fondazione sono realizzate in calcestruzzo armato.

Progetto strutturale: ReWis, Comano Terme (Trento)
www.rewis.it

04/04/2018 – Ver. 67 – Export in formato DXF di solai e coperture, NTC 2018 impostata come scelta normativa predefinita, possibilità di definire pareti senza ancoraggi a trazione

Nell’ultima versione del software sono state aggiunte nuove funzionalità:

  • Export in formato DXF di solai e coperture: è ora possibile esportare un file DXF che riporta le caratteristiche geometriche di solai, coperture e tutti gli elementi che li compongono.
  • NTC 2018 impostata come scelta normativa predefinita: a seguito della pubblicazione in Gazzetta Ufficiale, il D.M. 17 gennaio 2018 è ora la normativa di riferimento impostata come scelta predefinita nel software.
  • Aggiunta la possibilità di definire pareti senza ancoraggi a trazione: è ora possibile definire manualmente pareti senza ancoraggi a trazione ed impostare la funzione di auto progettazione affinché rimuova tali connessioni se non attive.
  • Bug fixing and small improvements