Studio sperimentale sul comportamento reologico delle travi in legno e delle travi miste legno-calcestruzzo

The mechanical behaviour of wood is highly conditioned by the duration of load with regard to both its resistance and stiffness. In particular the problem of the deformability of floors is an essential aspect in design of wooden structures since, as to ordinary span beams, the service behaviour is generally a more severe standard of verification than the ultimate limit state. This research concerned the investigation of the rheological behaviour of timber and timber-concrete composite beams through an experimental approach, in order to go deep into the different components that influence the development of the long term deflection: bending and shear creep, as well as creep of connection for composite beams. The addition of a collaborating reinforced concrete slab is an ordinary solution for improving the stiffness and resistance of wooden beams, the validity of which depends on the deformability of the connection system, in addition to the mechanical properties of timber and concrete. In this work was investigated the long term behaviour of an 8 meter span timber-concrete composite beam, with stud connection. The test was carried out indoor, in variable hygrometric conditions and the results were compared with the forecasts of the method suggested by Eurocode 5. A second area of investigation concerned the rheological behaviour of the wood subject to shear, which represents one of the less explored aspects of the research into the wood. That behaviour has been investigated through long term tests on small specimens subject to different stress levels, performed indoor at uniform temperature and variable environmental relative humidity. In that case too, the results were compared with the previsions of the codes and rheological model proposed by Toratti. By experimentally calibrating the parameters of that model was made a forecast of the creep coefficient for the service life of the structures in service class 1 and 3. The inquiry into the phenomena that cause the rheological behaviour of timber and composite beams was completed through bending tests on wooden beams and shear tests on timber-concrete and timber-lime mortar stud connections, carried out in the same ambient where the test on the composite beam was made. ------------------------------------------------------------ Il comportamento meccanico del legno è fortemente condizionato dalla durata del carico, sia in termini di resistenza, sia in termini di rigidezza. Il problema della deformabilità degli impalcati, in particolare, rappresenta un aspetto essenziale nella progettazione delle strutture in legno, poiché, per le travi di luce ordinaria, il comportamento in esercizio costituisce in genere un criterio di verifica più severo rispetto allo stato limite ultimo. Il presente lavoro di ricerca ha riguardato lo studio del comportamento reologico delle travi in legno e delle travi miste legno-calcestruzzo, mediante un approccio sperimentale teso ad approfondire le diverse componenti che contribuiscono a caratterizzare lo sviluppo della deformazione differita: la viscosità a flessione, a taglio e, nella trave mista, la viscosità della connessione. L’accoppiamento con una lastra collaborante in calcestruzzo armato rappresenta una soluzione diffusa per il miglioramento della rigidezza, oltre che della resistenza, delle travi in legno, la cui validità dipende dall’efficacia della connessione tra i due materiali, oltre che dalle caratteristiche di questi ultimi. In questa sede è stato indagato, mediante una prova di flessione di lunga durata, il comportamento deformativo di una trave mista legno-calcestruzzo di 8 metri di luce con connessione a piolo. La prova è stata condotta in ambiente interno con condizioni igrometriche variabili e i risultati sono stati posti a confronto con le previsioni del metodo suggerito dall’Eurocodice 5. Un secondo ambito di ricerca ha riguardato il comportamento reologico del legno soggetto ad azione di taglio, che rappresenta uno degli aspetti meno esplorati nelle indagini sul legno. Tale comportamento è stato caratterizzato mediante prove di lunga durata su campioni di piccole dimensioni soggetti a diversi livelli di sforzo, in ambiente controllato a temperatura costante e umidità ambientale relativa variabile; anche in questo caso i risultati ottenuti sono stati posti a confronto con le previsioni della normativa e con il modello reologico proposto da Toratti. Calibrando sperimentalmente i parametri di questo modello, è stata effettuata una previsione del coefficiente di viscosità per la vita utile delle strutture in classe di servizio 1 e 3. L’indagine sui fenomeni che determinano il comportamento reologico delle travi in legno e delle travi miste è stata completata mediante prove di flessione su travi in legno e prove di taglio su connessioni a piolo legno-calcestruzzo e legno-malta di calce naturale, condotte nello stesso ambiente in cui si è svolta la prova sulla trave mista.