Analisi Strutture Lignee

Il gruppo Timber Research è attivo nel campo dello studio e analisi delle strutture di legno sia di nuova realizzazione che di quelle esistenti, anche di importanza storico-culturale.

Missione

L’uso del legno come materiale da costruzione risale alla antichità remota, con tecniche specifiche sviluppate in modo anche assai differenziato all’interno delle differenti realtà regionali. Nelle regioni mediterranee, e in particolare in Italia, il legno è stato utilizzato principalmente per le strutture di copertura e di solaio, mentre edifici con struttura interamente lignea si potevano trovare solo nelle zone Alpine.

Attualmente nuovi materiali costituiti dal cosiddetto “legno ingegnerizzato”, soprattutto elementi lineari incollati (travi in legno lamellare) e planari (pannelli Xlam o CLT), permettono di utilizzare il legno per strutture di grande luce (coperture, passerelle pedonali, ponti stradali) e per edifici multipiano. Anche il problema della ristrutturazione di esistenti strutture in legno è divenuto di grande importanza nel nostro Paese, vista la crescente sensibilità verso la conservazione del costruito storico.

Da poco più di un decennio è inoltre stato riscoperto il legno per la realizzazione di nuovi edifici residenziali a più piani, con struttura interamente in legno. Tali tipologie costruttive hanno suscitato, in Europa e non solo, l’interesse di progettisti e clienti per la realizzazione di edifici residenziali e scolastici, alloggi sociali, centri commerciali, caratterizzati da ottime prestazioni anche in termini di sostenibilità ambientale. Anche in Italia alcuni interessanti edifici sono stati recentemente costruiti (torri da 10 piani a Milano), e numerosi edifici di 3 piani in legno sono stati realizzati a L’Aquila, nella ricostruzione post-terremoto.

Molte ricerche di mercato hanno dimostrato un significativo aumento del volume di legno utilizzato nella costruzione negli ultimi dieci anni, ma anche che tale trend dovrebbe continuare in modo costante nei prossimi anni. Tra le spiegazioni a tale fenomeno di crescita vi sono la riduzione dei costi e tempi di costruzione come risultato del processo di forte prefabbricazione, il ridotto peso proprio della struttura rispetto a muratura e calcestruzzo, che consente di ottenere una significativa riduzione delle azioni sismiche. Inoltre, progetti architettonici con forme non tradizionali possono essere oggi facilmente sviluppati adottando i nuovi materiali a base legno. Questo rapido sviluppo è stato alla fine supportato anche a livello di normativa nazionale, grazie all’inserimento del legno come materiale da costruzione nelle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni 2008.

Il gruppo di ricerca sulle costruzioni in legno, di conseguenza, è fortemente coinvolto in numerose attività di ricerca, ma anche nelle attività didattiche nei corsi di laurea magistrale e nella Scuola di Dottorato. Altro campo di interesse è quello che vede coinvolto il gruppo nelle attività di aggiornamento professionale e nei corsi post-laurea offerti in Italia nel campo dell’ingegneria del legno. Questa speciale attività di formazione è svolta anche grazie al sostegno e al contributo delle Associazioni Industriali per la promozione delle costruzioni in legno in Italia e in Austria (promo_legno e proHolz). Tali azioni trovano poi una ricaduta concreta in una attività di consulenza gratuita on-line, tramite il servizio “promo_legno risponde”, che offre un supporto a progettisti e tecnici del settore per risolvere problemi legati alla strutturistica, alla fisica tecnica, alla tecnologia, ai materiali, alla certificazione (http://www.promolegno.com/risponde/).

Infine non si deve dimenticare che il DICAM dell’Università di Trento è l’unico dipartimento universitario in Italia in grado di offrire agli studenti una profonda competenza tecnica nel settore della strutturistica del legno. Tale circostanza ha dato, ovviamente, ottime possibilità per il Dipartimento, anche se deve essere riguardata come punto di debolezza per il settore industriale. Il gruppo di ricerca ha quindi una forte capacità di attrazione di progetti di ricerca industriale, limitata solo dalla dimensione dello staff di ricerca. L’attività di ricerca è ora principalmente focalizzata su alcune importanti questioni, ancora aperte, per quanto riguarda lo studio del comportamento e la progettazione di edifici multipiano e l’analisi e la conservazione delle strutture lignee esistenti, con particolare attenzione alle prestazioni attese durante un sisma. Tra le ricerche in corso o recentemente concluse, si possono citare la ricerca Green Model House GMH, sviluppata per ITEA (Istituto Trentino per l’Edilizia abitativa, TN), le ricerche sulla valutazione delle prestazioni e la riabilitazione delle strutture esistenti, sviluppate per conto del Dipartimento della Protezione Civile e per il consorzio ReLUIS.

Principali temi di ricerca

La ricerca sulle strutture in legno all’Università di Trento si sta occupando di molti e differenti aspetti, alcuni di essi sono di seguito richiamati:

caratterizzazione meccanica di elementi in legno mediante prove non distruttive in-situ;
riabilitazione di strutture e sotto-strutture lignee;
strutture composte in legno, in particolare strutture legno-calcestruzzo;
comportamento statico e dinamico dei nodi nelle strutture tradizionali, collegamenti tradizionali o innovativi per le strutture lignee nuove o esistenti, in particolare collegamenti mediante elementi metallici incollati;
resistenza, rigidezza, duttilità di collegamenti tradizionali e innovativi;
costruzioni civili a struttura lignea.

Le ricerche sono a carattere sia teorico che applicato. Le ricerche applicate sono condotte in stretta collaborazione con il mondo industriale. La maggior parte dei progetti di ricerca sono formulati con obiettivi chiaramente definiti sulla base di problemi identificati in edilizia, ingegneria civile, mondo industriale.

Per quanto riguarda il primo tema, vale la pena di segnalare una interessante ricerca finanziata dalla PAT con apposita posizione di post-doc (ricerca DigiTimber), sulla possibilità di caratterizzazione del legno strutturale in situ, attraverso correlazioni/analisi di immagini e tecniche CAD per rilevare automaticamente informazioni sulle eterogeneità macroscopiche del materiale e sulla struttura anatomica del medesimo. Prove micromeccaniche e combinazioni di analisi raggi-x e ultrasuoni sono utilizzate per caratterizzare meccanicamente le eterogeneità del materiale. L’obiettivo della ricerca è l’implementazione dei cosiddetti “modelli morfologici”, in grado di rappresentare la non uniforme distribuzione delle sollecitazioni e di identificare le zone di innesco della rottura. L’efficacia del metodo è stata validata sperimentalmente utilizzando approcci innovativi, quali la correlazione di immagini digitali (DIC).

Un altro argomento di forte interesse per il settore della costruzione è quello che riguarda le “strutture composte” e le “strutture ibride”, nelle quali l’elemento strutturale ligneo è accoppiato ad altri materiali o altri elementi. I vantaggi di tale tecnica sono stati già ampiamente sperimentati nel rinforzo delle travi di legno esistenti, per i quali questa tecnologia è stata sviluppata in origine. I vantaggi sono così rilevanti che progettisti e costruttori hanno anche adottato la struttura legno-calcestruzzo per la realizzazione di nuove costruzioni. Sono stati sviluppati molti progetti di ricerca, per la maggior parte direttamente finanziati da partner industriali. Recentemente si sono iniziate anche altre ricerche, in particolare nel settore delle strutture ibride legno – acciaio.

Applicazioni

I temi di ricerca sopra elencati sono finalizzati allo studio dei seguenti argomenti:

sviluppo di dispositivi automatici innovativi per la valutazione non distruttiva delle proprietà meccaniche di elementi in legno;
valutazione delle prestazioni meccaniche (resistenza, rigidezza e duttilità) dei diversi tipi di collegamento, nonché studio della influenza del comportamento dei medesimi sul comportamento globale delle strutture di legno;
redazione di linee guida e raccomandazioni per la progettazione;
analisi del comportamento statico e dinamico delle connessioni tradizionali e innovative; resistenza a splitting di elementi lignei sollecitati da connessioni a perno; comportamento dei collegamenti realizzati mediante elementi metallici incollati;
comportamento delle strutture lignee esposte all’incendio.

Applicazioni rilevanti delle ricerche effettuate sono state sviluppate ai fini della ristrutturazione e consolidamento di vecchie strutture di legno e della conservazione del patrimonio storico. Tali attività richiedono una profonda conoscenza dei materiali, delle tecniche di diagnosi, e delle tecnologie di restauro. La ricerca ha implicazioni dirette nel campo della conservazione e del restauro del patrimonio architettonico, con diverse applicazioni a importanti casi studio (solai di Castel Belasi, capriate del loggiato di Castello di Thun, in Trentino). L’utilizzo di analisi di immagine e tecniche informatiche per il rilevamento automatico dei difetti è un tema fondamentale per l’industria del legno in generale. Sono state attivate cooperazioni con MiCROTEC, leader mondiale nel campo della opto-elettronica per l’industria della lavorazione del legno, e con la Fondazione GraphiTech , Centro per le tecnologie informatiche grafiche avanzate.

Le ricerche sulla valutazione strutturale delle strutture in legno hanno anche dato origine a una interessante ricerca sui pali in legno utilizzati nelle reti telefoniche, con il sostegno e la stretta collaborazione di CINETIX srl. C’è un forte interesse per i risultati della ricerca, espresso da diversi gestori telefonici, quali Telecom Italia, British Telecom, Telefonica. In particolare, British Telecom ha visitato in diverse occasioni i nostri laboratori al fine di predisporre il metodo anche per le specifiche disposizioni dei pali telefonici in Regno Unito.

Per quanto riguarda il problema delle strutture in legno per l’edilizia residenziale, il gruppo di ricerca ha collaborato al progetto di ricerca “Chi-Quadrato”, un consorzio finanziato dalla PAT, che ha visto alla fine un edificio a tre piani sottoposto a importanti sollecitazioni dinamiche sulla tavola vibrante di EUCENTRE a Pavia.

Deve essere inoltre citata la partecipazione del gruppo al progetto di ricerca europeo SERIES (Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies ), che ha avuto come obiettivo generale la promozione della cooperazione fra le strutture di ricerca europee in ambito sismico e la divulgazione delle conoscenze più avanzate in questo settore. All’interno di tale contesto, il gruppo di ricerca sulle strutture in legno dell’Università degli Studi di Trento (in particolare, Maurizio Piazza, Roberto Tomasi, Daniele Casagrande, Paolo Grossi, Tiziano Sartori), è stato capofila di uno specifico progetto volto alla caratterizzazione sismica di quattro edifici in legno progettati con differenti tipologie costruttive: blockhaus, parete portante intelaiata (con due differenti rivestimenti), pareti portanti CLT. Il team di Trento, oltre ad avere svolto il ruolo di coordinamento di tutte le operazioni, ha condotto direttamente i test sui due edifici a pareti portanti intelaiate. L’Università del Minho si è occupata del test sull’edificio blockhaus, l’Università di Graz ha condotto la sperimentazione sull’edificio in CLT. I test si sono svolti presso il Laboratorio Nacional de Engenharia Civil (LNEC) di Lisbona nel 2012 e 2013.

In evidenza

La forza del gruppo di ricerca sulle costruzioni in legno è anche basata su una serie di contatti con importanti Università e Centri di ricerca, con i quali esistono da tempo importanti e continue collaborazioni, e alcuni Partner industriali, con i quali sono stati formulati e completati interessanti progetti di ricerca. Alcuni di questi sono riportati di seguito.

Partner Ricerca (Università e Istituzioni)

CNR – Ivalsa, S. Michele a / Adige, Trento (IT)
Dept of Architecture and Civil Engineering, University of Bath (UK)
Dept of Civil Engineering, University of Bristol (UK)
Dept of Civil, Environ &Geomatic Eng, Faculty of Engineering Science, UCL London (UK)

Dept of Civil and Environmental Engineering, Chalmers University of Technology, Göteborg (SE)
Dept of Structural Engineering, Faculty of Engineering, Lund University (SE)
Dipartimento di Meccanica e Aeronautica dell’Università La Sapienza, Roma (IT)
Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Politecnico di Milano, Milano (IT)
Faculty of Forestry & Environmental Management, University of New Brunswick (CA)
Fondazione GraphiTech, Trento (IT)
Heig-VD Haute école d’ingénierie e de gestion du Canton de Vaud, Yverdon (CH)
Holz.bau Forschung GmbH, Competence Centre Timber Engineering and Wood Technology, TU Graz (AT)
ISISE Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering, University of Minho, Braga/Guimarães (PT)
Technische Universität München, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, München (DE)

Trasferimento tecnologico

La ricerca sulle strutture in legno presso l’Università degli Studi di Trento ha da sempre avuto particolare attenzione al trasferimento tecnologico Università – Industria. Seguendo tale indirizzo, la start-up accademica TIMBER TECH (www.timbertech.it) è stata creata nel 2011, con obiettivi principali l’analisi strutturale e lo sviluppo di software per la progettazione di edifici e strutture in legno.

Partner industriali

Cinetix srl (Padova, IT)
Chi Quadrato Network (Condino, Trento, IT)
Coperlegno srl (Roma, IT)
Legno Più Case SpA (Condino, Trento, IT)
Microtec srl (Bressanone, Bolzano, IT)
Rotho Blaas srl (Cortaccia, Bolzano, IT)
Rubner Haus SpA (Chienes, Bolzano, IT)
Rubner Holzbau SpA (Bressanone, Bolzano, IT)
Rubner Holzbau Sud SpA (Calitri, Avellino, IT)
X-Lam Dolomiti srl (Villa Agnedo, Trento, IT)

Associazioni per la promozione del legno

Assolegno – FederlegnoArredo FLA (Milano, IT)
Habitech, Distretto Tecnologico Trentino scarl, Rovereto (Trento, IT)
proHolz Austria (Wien, AT)
promo_legno (Milano, IT)

Comitati di normazione

Il personale di ricerca è (o è stato) attivamente coinvolto nei seguenti comitati per la normazione del legno strutturale e delle strutture lignee.
UNI – Normal Beni Culturali, responsabile per la norma UNI 11138 “Beni Culturali. Manufatti lignei. Strutture portanti degli edifici – Criteri per la valutazione preventiva, la progettazione e l’esecuzione degli interventi”
CNR – Documento tecnico DT 201 ” Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni relative a Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati”
CNR – Documento tecnico DT 206 ” Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo delle Strutture di Legno “
C.S.ll.pp., Commissione per il monitoraggio delle nuove “Norme Tecniche per le Costruzioni”

UNI – CIS Commissione Ingegneria Strutturale, Presidenza sottocommissione SC5 Strutture in legno
CEN / TC 250 / SC 5 “Progettazione delle strutture di legno”, Rappresentante italiano
Comitato Tecnico RILEM TC215-AST “In-situ assessment of structural timber”
Comitato Tecnico RILEM TC245-RTE “Reinforcement of Timber Elements in Existing Structures”

Alcuni progetti di ricerca finanziati e azioni europee

Codule, Strategie per un comportamento duttile del legno (Fondo Ricerca PAT, 2003-2005)
PRIN, Tecniche diagnostiche e di intervento poco invasivo e completamente reversibili per il consolidamento e il miglioramento sismico delle strutture lignee di edifici storici, (MIUR, 2007-08)
DPC-ReLUIS, Progetto 2005 – 2008, Linea di Ricerca 1, Valutazione e riduzione della vulnerabilità di edifici in muratura, Dipartimento Protezione Civile, Consorzio ReLUIS, 2005-2008
DPC-ReLUIS, Progetto 2009 – 2012, Linea di Ricerca 1, Edifici in muratura, centri storici e beni culturali, Dipartimento Protezione Civile, Consorzio ReLUIS, 2009-2012
DPC-ReLUIS, Progetto 2014, Linea di Ricerca (Temi generali), Strutture in legno, Dipartimento Protezione Civile, Consorzio ReLUIS, 2014-2016
DigiTimber (finanziamento PAT)
Green Model House GMH (ITEA, Trento)
Chi Quadrato Network (Condino, Trento)
EU’s Seventh Framework Program [FP7/2007-2013], grant agreement n°227887 (SERIES)
FPS COST Action FP1004 “Enhance mechanical properties of timber, engineered wood products and timber structures”, membri Management Committee
FPS COST Action FP1101 “Assessment, Reinforcement and Monitoring of Timber Structures”, membri Management Committee
FPS COST Action FP1402 “Basis of structural timber design – from research to standards”, membri Management Committee

People

Docenti

Ricercatori post-dottorato e dottorandi

Pubblicazioni recenti selezionate

Piazza M., Tomasi R., Modena R. (2005), Strutture in legno. Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative Europee, ISBN 88-203-3583-2, Biblioteca Tecnica Hoepli
M. Del Senno, M. Piazza, R. Tomasi (2004), Axial glued-in steel timber joints – experimental and numerical analysis, ‘Holz als Roh- und Werkstoff’, volume 62, n. 2: pp. 137-146
Ballerini M., Rizzi M. (2007), Numerical analyses for the prediction of the splitting strength of beams loaded perpendicular-to-grain by dowel type connections, Materials and Structures, 40 (1), pp. 139-149
Piazza M., Riggio M.P. (2007), Typological and structural authenticity in reconstruction: the timber roofs of the “Pieve” in Cavalese, ‘International Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis, and Restoration’, 1(1), pp. 60 – 81
Tomasi R., Zandonini R., Piazza M., Andreolli M. (2008), Ductile End Connections for Glulam Beams, Structural Engineering International SEI, IABSE, n. 18(3), pp. 290-296
Branco J.M., Cruz P.J., Piazza M. (2009), Experimental analysis of laterally loaded nailed timber-to-concrete connections, Construction and Building Materials, 23(1): pp. 400-410
Piazza M., Tomasi R., Crosatti A., Theoretical and experimental analysis of timber-to-timber joints connected with inclined screws, Construction and Building Materials, Volume 24, Issue 9, September 2010, pp. 1560-1571
Branco M., Piazza M., Cruz P. (2010), Structural analysis of two King-post timber trusses: Non-destructive evaluation and load-carrying tests, Construction and Building Materials, 24(3), pp. 371-383
Branco M., Piazza M., Cruz P. (2010), Structural analysis of two King-post timber trusses: Non-destructive evaluation and load-carrying tests, Construction and Building Materials, 24(3), pp. 371-383
De Amicis R., Riggio M., Girardi G., Piazza M. (2011), Morphology-based macro-scale finite-element timber models, Computer Aided Design, 43(1), p. 72-87
Andreolli M., Piazza M., Tomasi R., Zandonini R. (2011), Ductile moment resistant steel-timber connections, SPECIAL ISSUE IN TIMBER ENGINEERING, Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings, 164(2), pp. 65-78
Piazza M, Polastri A., Tomasi R. (2011), Ductility of Timber Joints under Static and Cyclic Loads, SPECIAL ISSUE IN TIMBER ENGINEERING, Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings, 164(2), pp. 79-90
Loss C., Zonta D., Piazza M. (2013), On estimating the seismic displacement capacity of timber portal-frames, Journal of Earthquake Engineering, 17, pp. 879–901
Riggio M., Tomasi R., Piazza M. (2014), Refurbishment of a Traditional Timber Floor with a Reversible Technique: The Importance of the Investigation Campaign for the Design and the Control of the Intervention, ‘International Journal of Architectural Heritage: Conservation, Analysis, and Restoration’, 8(1), pp. 74-93
Tannert T., Anthony R., Kasal B., Kloiber M., Piazza M., Riggio M., Rinn F., Widmann R., Yamaguchi N. (2014), In situ assessment of structural timber using semi-destructive techniques, Materials and Structures, 47, pp. 767-785

Brevetti internazionali

Brevetto Europeo “Special Device for the execution of on site hardness test on load bearing timber elements” (VR2000A000052 it, 01112073.0 eu)
Brevetto Europeo “Method of Manufacturing a Reinforced Wooden Beam and Reinforced Beam thus obtained” (VR2001A0000034 it, 02005324.5 eu)
Brevetto United States, Patent Application No. US 2011/0218744 A1 (Sep. 8, 2011), Method and device for assessing the structural characteristics of installed supporting poles (priority data VR2008A000116, Oct. 22, 2008)

Tesi di dottorato selezionate

Tomasi R.

Timber elements characterized by concentrated or diffused ductility and pseudo-ductility: state of the art, development of innovative technologies. PhD dissertation, University of Trento, Department of Mechanical and Structural Engineering, 2004

Riggio M.

Morphological modelling of timber elements. An application of digital technologies for the assessment of timber structures. PhD dissertation, University of Trento, Department of Mechanical and Structural Engineering, 2007.

Branco J.

Influence of the joint stiffness in the static and dynamic behaviour of timber roof structures: consequences of different strengthening techniques. PhD dissertation, Double PhD degree University of Minho (P) and University of Trento, 2008

Polastri A.

Seismic behaviour of semi-rigid joints for timber structures. PhD dissertation, University of Trento, Department of Mechanical and Structural Engineering, 2010

Loss C.

“Metodologia basata sugli spostamenti per analisi si strutture lignee: una proposta per le nuove normative Europee”. Tesi di dottorato, Università degli Studi di Trento, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale, 2011

Andreolli M.

Giunti semirigidi con barre incollate per strutture lignee”. Tesi di dottorato, Università degli Studi di Trento, Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale, 2011

Contacts

Prof. Maurizio Piazza

+39 0461 282535
maurizio.piazza@ing.unitn.it