Il legno è un materiale naturale e "vivente", il che significa che presenta una variabilità intrinseca nelle sue proprietà fisiche e meccaniche. Una delle caratteristiche più importanti che gli ingegneri devono tenere in considerazione è il suo comportamento ortotropo: la resistenza e la rigidità del legno variano a seconda della direzione del carico rispetto alla venatura. Quando il carico è parallelo alla venatura, ogni fibra si comporta come una piccola colonna cava, sostenuta dalle fibre adiacenti. Ma quando il legno viene compresso perpendicolarmente alla venatura, le pareti cellulari collassano sotto la pressione, offrendo una resistenza molto minore. Questo lo rende significativamente più debole e più soggetto a deformazioni in quella direzione.
La resistenza alla compressione perpendicolare alla venatura è un fattore critico da considerare nella progettazione dei collegamenti in legno. Tutti i principali codici di progettazione del legno forniscono valori per questa proprietà per vari tipi di legno, ma tali valori possono variare in modo significativo da un codice all'altro. Questa variazione deriva dalla natura complessa della proprietà stessa, che non è puramente elastica, ma elasto-plastica con rinforzo. In termini pratici, la resistenza aumenta man mano che l'area di contatto tra le superfici caricate e quelle di supporto cresce sotto carico.
Per questo motivo, è fondamentale comprendere il livello di deformazione al quale sono stati determinati i valori di resistenza indicati.
Curva sforzo-deformazione del legno compresso perpendicolarmente alla venatura
Variazioni nei metodi di prova: prova su blocchi vs prova su rotaie
Le differenze nei valori di resistenza tra i codici di progettazione derivano in gran parte dai diversi metodi di prova utilizzati per determinarli. Nella sessione odierna, esamineremo come questi valori sono definiti e applicati nella norma NZS AS 1720 rispetto all'Eurocodice. Ad esempio, la norma NZS AS 1720 specifica una resistenza al carico (f'p) piuttosto che una resistenza alla compressione perpendicolare alla venatura (fc,90). Sebbene le due siano correlate, la resistenza al carico si riferisce alla resistenza quando un elemento preme su un altro, catturando gli effetti localizzati all'interfaccia di contatto. Questa distinzione riflette le differenze sottostanti nelle procedure di prova e il modo in cui ciascuna norma interpreta lo stesso meccanismo di cedimento.
I diversi metodi utilizzati per testare la resistenza alla compressione perpendicolare alla venatura sono il test "a blocchi" e il test "a binario".
Prova su rotaia secondo AS/NZS4063
Prova di blocco secondo EN 408
NZS AS 1720.1 Approccio (Resistenza del cuscinetto f’p)
Nella norma NZS AS 1720.1, la resistenza di appoggio (f'p) è ricavata dai test sulle rotaie, il che significa che tiene conto degli effetti del legno sia intorno che sotto l'area caricata. Ciò la rende un valore pratico che include l'interazione tra gli elementi caricati e quelli di supporto.
Questa resistenza al carico viene quindi modificata dal fattore k₇ e utilizzata nella clausola 3.2.6 della norma. La deformazione corrispondente ipotizzata in questo metodo è di circa 2 mm in un elemento profondo 40 mm, che equivale al 5% della sua profondità. Ciò rende il valore appropriato per la progettazione allo stato limite ultimo (ULS) in applicazioni tipiche in cui è accettabile una certa deformazione.
Approccio Eurocodice 5 (resistenza alla compressione fc,90,d)
Al contrario, l'Eurocodice 5 definisce la verifica della compressione perpendicolare alla grana utilizzando la resistenza alla compressione di progetto, indicata con fc,90,d. Questo valore è derivato dalla resistenza caratteristica fc,90,k, che proviene dalla prova su blocchi (EN 408) e rappresenta la sollecitazione corrispondente all'1% della deformazione nominale di compressione non recuperabile.
La resistenza di progetto fc,90,d viene calcolata applicando i coefficienti di sicurezza parziali del materiale e i fattori di durata del carico a fc,90,k.
Per adattare il risultato del test su blocchi puri a condizioni di supporto più realistiche (come quelle osservate nei test ferroviari), l'Eurocodice introduce due adeguamenti:
- kc, fattore 90: tiene conto della distribuzione delle sollecitazioni, del rischio di spaccatura e dell'entità della deformazione.
- Lunghezza effettiva dell'appoggio (lₑf): utilizzata in alcune situazioni per considerare l'area di supporto aggiuntiva fornita dalla sporgenza del legno oltre la lunghezza effettiva di contatto l.
Confronto dei valori di resistenza in codici diversi
Ora che conosciamo le differenze nei test, confrontiamo i valori presentati in ciascun codice di progettazione. La norma NZS 3603 fornisce un valore per la resistenza perpendicolare alla fibra f'p per il pino radiata SG8 pari a 6,9 MPa, mentre la norma EN 338 fornisce una resistenza caratteristica alla compressione perpendicolare alla fibra per il legno tenero C16 pari a 2,2 MPa.
Come è evidente, i valori variano in misura significativa. Gli ingegneri che non hanno una conoscenza approfondita di entrambi i codici dovrebbero tenere presente come vengono ricavati questi valori se, ad esempio, stanno progettando un edificio in legno massiccio in Nuova Zelanda costruito con legname di qualità europea o viceversa, al fine di garantire un progetto sicuro.
Per ulteriori informazioni su questo argomento, consultare:
- Nota tecnica Timber Unlimited dicembre 2023: Supporto perpendicolare alla venatura e NZS AS 1720.1:2022
- Associazione per lo sviluppo del settore del legno (2019). Test sulle caratteristiche perpendicolari alla venatura del legno di specie comuni australiane e importate. Numero di progetto: PNA462-1718. Forest & Wood Products Australia.
- Franke e Quenneville (2010). Il comportamento materiale del pino radiata sotto compressione. New Zealand Timber Design Journal, vol. 18, n. 3.
