Pilastro in legno: resistenza e punti deboli dell’elemento strutturale

Pilastro in legno: resistenza e punti deboli dell’elemento strutturale

Dopo l’approfondimento sulle travi in legno lamellare, vediamo nel dettaglio il comportamento di un altro elemento strutturale, il pilastro in legno.

Prima di analizzare nel dettaglio gli aspetti tipici del pilastro in legno è bene effettuare una panoramica sulle proprietà meccaniche tipiche del materiale per capire meglio il comportamento dell’elemento strutturale in funzione di esse, difatti le proprietà meccaniche del legno indicano la capacità di quest’ultimo di reagire alle sollecitazioni applicate. Il principio fondamentale è che il legno è anisotropo anche nei confronti di tutte le proprietà meccaniche, che quindi variano con la direzione anatomica considerata.

Inoltre non è lecito attribuire ad un materiale non omogeneo quale il legno caratteristiche costanti o quasi; pertanto i valori di resistenza forniti devono essere intesi come “dati medi” largamente indicativi.

L’utilizzazione del legno nelle strutture edilizie impone determinati requisiti in materia di resistenza meccanica, intesa come limite fino al quale l’applicazione di una forza non pregiudica l’integrità strutturale dell’elemento che si considera. Seguendo questo concetto sono state condotte ricerche per determinare i limiti di impiego delle varie specie legnose nei diversi casi di impieghi strutturali.

Il risultato finale è la determinazione del carico di rottura, e cioè della sollecitazione superata la quale il materiale si disgrega in maniera più o meno evidente. A tale carico di rottura viene applicato un coefficiente riduttivo, detto fattore di sicurezza e si passa poi al carico di sicurezza che serve come base per il dimensionamento degli elementi strutturali.

Le caratteristiche meccaniche di uno stesso provino variano in funzione della temperatura e maggiormente dell’umidità del legno, mentre pezzi diversi di uno stesso legno avranno caratteristiche meccaniche molto diverse tra loro in relazione della difettosità e della massa volumica.

Infine sono importanti anche le variazioni alla durata delle sollecitazioni applicate o delle deformazioni imposte, che inseriscono il legno nel novero dei materiali a comportamento visco-elastico. In un determinato provino possono essere riscontrati valori significativamente diversi delle caratteristiche meccaniche in funzione delle condizioni del materiale.

Leggi anche: Strutture in legno e resistenza al fuoco: carico d’incendio e caratteristiche meccaniche

Pilastro in legno: i parametri essenziali del materiale

Vediamo di seguito i parametri essenziali:

  • umidità del legno: è il parametro che influenza maggiormente sensibili variazioni di resistenza in uno stesso provino; generalmente le variazioni sono inversamente proporzionali all’aumentare dell’umidità e viceversa, di conseguenza le massime caratteristiche meccaniche del legno si riscontrano allo stato anidro, mentre quelle minime si rilevano allo stato fresco;
  • durata del carico: le resistenze vengono influenzate dalla durata della sollecitazione, nel senso che se per portare a rottura un provino in 5 minuti occorre un carico uguale a 100, per portarlo a rottura in 1 giorno basterà un carico pari ad 82;
  • temperatura: sebbene sia un argomento piuttosto complesso, si può in generale affermare che ad un aumento di temperatura corrisponde una diminuzione di resistenza; anche la durata dell’esposizione ad una temperatura elevata (ad esempio un trattamento termico) può portare ad effetti negativi sulla resistenza del materiale: a 200°C si ha un peggioramento delle caratteristiche meccaniche dopo pochi minuti, a causa del parziale degradamento chimico di alcuni costituenti della parete cellulare; ma già a partire da 65°C si possono avere effetti negativi permanenti in seguito a lunghe esposizioni (ad esempio cicli di essiccazione eccessivamente prolungati); il legno saturo di acqua e congelato appare più resistente a flessione ma meno duro del legno stagionato all’aria a temperatura normale.

La variabilità delle caratteristiche meccaniche tra provini di legno diversi è veramente notevole ed è dovuta all’influenza di molteplici fattori, fra cui i principali sono:

  • la specie legnosa;
  • la massa volumica;
  • lo spessore degli anelli e la percentuale di legno tardivo;
  • la presenza di difetti o alterazioni;
  • l’inclinazione della fibratura.
Non perderti: Prove in sito su elementi in legno: indagini e diagnostica

Pilastro in legno: le sollecitazioni

L’instaurarsi di tensioni interne che facciano equilibrio alle forze esterne applicate su un pezzo di legno (o di qualsiasi altro materiale) può avvenire soltanto a prezzo di una deformazione del pezzo stesso.

Nel caso di sollecitazioni di compressione o di trazione, conseguentemente alla sua anisotropia strutturale, si considerano tre distinti moduli di elasticità E (molto diversi tra loro): nella direzione longitudinale lungo la fibratura, nella direzione radiale (dal midollo verso la periferia) e nella direzione tangenziale rispetto agli anelli di accrescimento.

Nel caso invece di sollecitazioni di torsione, di taglio o scorrimento, ovviamente applicate lungo un piano si devono considerare altri tre moduli di rigidità G: i tre piani di azione saranno il piano trasversale, il piano longitudinale radiale ed il piano longitudinale tangenziale.

Oltre a questi moduli l’analisi delle caratteristiche meccaniche deve essere completata con i coefficienti di Poisson i quali indicano quale rapporto intercorre tra le variazioni dimensionali nella direzione della forza applicata e nelle direzioni ortogonali.

Potrebbe interessarti: Prefabbricazione versus personalizzazione. Strutture in legno XLAM e sistemi ibridi

Pilastro in legno: carichi, verifiche, forme e vincoli

Mentre la trave è un elemento strutturale orizzontale che sopporta carichi distribuiti, il pilastro in legno è un elemento strutturale verticale idoneo per la trasmissione dei carichi di punta che su di esso agiscono per essere trasmessi fino alle fondazioni.

Il pilastro può essere sottoposto a:

  • carichi verticali;
  • carichi orizzontali;
  • sollecitazioni di sforzo normale;
  • momento flettente.

Dal comportamento strutturale del pilastro derivano le sue forme e le sue dimensioni.

Il pilastro deve essere sottoposto alle seguenti verifiche strutturali:

  • resistenza a compressione;
  • verifica ad instabilità per carico di punta.

Il pilastro in legno lamellare, che presenta un’ottima capacita di resistenza agli sforzi di compressione e flessione, può essere:

  • a forma a T;
  • a forma a I;
  • scatolare;
  • ad elementi accoppiati.

Sezioni troppo esili e non opportunamente vincolate nel senso della lunghezza possono dare instabilità alla struttura con fenomeni di inflessione laterale dovuti ad eccessivi carichi di punta. La presenza di nodi e di deviazioni delle fibre nelle lamelle del pilastro possono accentuare tali problematiche.

Sia le travi sia i pilastri in legno lamellare sono costituiti da assi in legno assemblate a strati in pressione fra loro; ciò conferisce al materiale la sua nota resistenza meccanica, l’insensibilità alle variazioni igro-termiche ambientali e la resistenza a fuoco, parassiti e agenti chimici.

Il pilastro ha la funzione di trasmettere alle fondazioni i carichi che riceve dall’alto. Per fare ciò sono necessari collegamenti rigidi in fondazione. La progettazione e realizzazione di tali collegamenti richiede una notevole perizia tecnica.

Un esempio di collegamento rigido fra pilastro e fondazione è rappresentato dall’incastro che fa uso di piastre metalliche esterne fissate alla base del pilastro in legno lamellare con viti, chiodi o bulloni.

La rotazione alla base del pilastro è il fenomeno che la progettazione strutturale ha il compito di limitare maggiormente. In tal caso le piastre metalliche andranno ancorate alla fondazione il più distante possibile dall’asse del pilastro se non sulle facce del pilastro stesso in modo tale da aumentare il braccio delle coppie di forze agenti sui connettori.

La lunghezza del braccio dipende dalla dimensione del pilastro stesso nel piano in cui avviene la rotazione del nodo da contrastare. Il giunto fra pilastro e fondazione deve assumere il comportamento di un solido semirigido che consenta una rotazione minima a seconda del tipo di connettori utilizzati e della loro posizione.

Per quanto riguarda il problema delle unioni meccaniche fra elementi lignei è più semplice realizzare un giunto flessibile rispetto ad uno rigido, così come è impossibile realizzare un collegamento “infinitamente rigido”.

Il comportamento più simile possibile a quello rigido ideale si ottiene utilizzando collegamenti con elementi metallici incollati. Le protesi metalliche, quando necessitano, rappresentano punti di debolezza potenziale e devono essere oggetto di verifica attenta: dimensionare un pilastro e un calcolo relativamente facile, controllarne un nodo è sicuramente più difficile.

Il testo è tratto dal volume “La casa in legno” di Barbara Del Corno, edito da Maggioli Editore.

Ti consigliamo:

La casa in legno

La casa in legno

Barbara Del Corno, 2015, Maggioli Editore
Il legno è uno dei materiali più utilizzati da parte di coloro che operano nel campo della bioedilizia poiché molte delle sue caratteristiche lo rendono un materiale quasi perfetto nel momento in cui se ne faccia un utilizzo responsabile. Una casa in legno offre non pochi...

24.00 € 21.60 € Acquista

su www.maggiolieditore.it

Prontuario tecnico per il Sismabonus e per il Super Sismabonus – e-Book in pdf

Prontuario tecnico per il Sismabonus e per il Super Sismabonus – e-Book in pdf

Andrea Barocci, 2020, Maggioli Editore
Questo eBook si configura come un vero e proprio prontuario di riferimento per i tecnici, legato all’applicazione del c.d. Superbonus 110% per gli interventi antisismici e, in generale, sulle strutture. Nell’opera si riportano tutte tre le possibilità di detrazione legate agli...

14.90 € 13.41 € Acquista

su www.maggiolieditore.it

I contenuti a cura della redazione di www.ingegneri.cc sono elaborati e visionati da Simona Conte, Giulia Gnola, Daniel Scardina, Gloria Alberti. Gli approfondimenti tecnici si rivolgono ad un pubblico di professionisti che intende restare aggiornato sulle novità di settore.

Potrebbero interessarti anche