Rinforzare una trave è quasi sempre una necessità. Significa nella maggior parte dei casi risolvere un problema strutturale e, in altri, aggiungere un tassello al quadro della prevenzione, soprattutto in prospettiva antisismica. Il consolidamento di una trave in legno utilizzando elementi in acciaio è una tecnica efficace per rafforzare strutture esistenti, migliorandone la resistenza e la durabilità. Questo processo è cruciale per assicurare la sicurezza e l’integrità degli edifici, specialmente in strutture storiche o in legno soggette a degrado.
Le ragioni che rendono necessario un intervento di rinforzo sono molteplici:
- Usura: Il fisiologico trascorrere del tempo può compromettere l’integrità di alcuni elementi, travi incluse. Questa dinamica riguarda soprattutto i materiali meno durevoli, come il legno.
- Aumento dei carichi: Innalzamenti e modificazioni simili delle strutture esistenti spesso richiedono un intervento di rinforzo delle travi.
- Rinforzo antisismico: Le travi possono essere rinforzate in una prospettiva preventiva, ovvero per ridurre i danni causati da un eventuale terremoto.
- Lesioni: Eventi di varia natura, non ultimo i sismi, possono causare lesioni alle travi, rendendo indispensabile un consolidamento.
Le travi in legno si prestano a svariati interventi di rinforzo, tra cui l'aggiunta di piastre di acciaio o l'applicazione di lamine in materiali compositi fibrorinforzati (FRP). Questo articolo si concentrerà in particolare sulle soluzioni che impiegano l'acciaio.
Metodologie di Rinforzo con Acciaio
Sistema a Funi d'Acciaio Presollecitate
Una tecnica di rinforzo strutturale di travi lignee di notevole efficacia è l'impiego di funi in acciaio presollecitate. Questo metodo, illustrato attraverso dettagli costruttivi e varianti, evidenzia principi statici, modalità di posa e vantaggi in termini di incremento di capacità portante. È un contributo di natura tecnico-applicativa e si rivolge a progettisti impegnati nel recupero e consolidamento di edifici esistenti, in particolare storici.
Le funi sono poste ai lati della trave e ancorate alle teste, esternamente agli appoggi, mediante fasce d’acciaio bullonate.
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Nella mezzeria della trave è situato un supporto d’acciaio, costituente il puntone, che ha il compito di produrre un’azione verso l’alto nella fase della tesatura dei tenditori, o all’atto dell’applicazione dei carichi. Il puntone d’acciaio è fornito di due pulegge che servono per far scorrere la fune durante qualsiasi variazione di carico.
Il vantaggio di questo metodo di rinforzo sta nella semplicità di esecuzione.
Ancoraggi e Varianti del Sistema
Esistono diverse varianti al sistema principale. Ad esempio, è possibile utilizzare un rinforzo con due puntoni intermedi. Nei puntoni intermedi, per semplificare o in presenza di limitate sollecitazioni, le pulegge potranno essere sostituite da anelli nei quali far passare le funi.
Questo sistema ha carattere prettamente provvisionale per la messa in sicurezza delle strutture, soprattutto quando una trave molto deformata ha già manifestato chiaramente la sua propensione ad un collasso imminente. Per tale motivo, si può ricorrere all'ancoraggio delle funi d'acciaio presollecitate direttamente alla muratura con perforazioni armate.
Per l'ancoraggio alla muratura, si ricorre alla perforazione inclinata dei muri portanti vicino agli appoggi e all’inserimento di barre d’acciaio filettate in fori saturati con idonei leganti di densità tale da evitare la percolazione e caratterizzati da un tempo rapido di presa.
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Questa soluzione può essere adottata anche senza lo smontaggio completo del solaio. All’occorrenza potrebbe essere smontata solo una minima parte di orditura secondaria in prossimità del contorno del solaio e ciò per permettere di eseguire con maggiore libertà le perforazioni che, altrimenti, sarebbero confinate in un minimo spazio sotto di esso.
Il sistema di rinforzo, oltre a possedere il carattere di provvisorietà e di immediatezza di esecuzione, può garantire anche ulteriore efficacia con lo sfruttamento delle proprietà meccaniche residue della trave. L’ancoraggio dei tiranti è costituito da un sostegno d’acciaio in corrispondenza dell’appoggio e dai puntoni intermedi.
Inserimento di Barre d'Acciaio: Guida all'Esecuzione
Un'altra metodologia per il consolidamento di una trave in legno consiste nell'inserimento diretto di barre d'acciaio. Questo processo è cruciale per assicurare la sicurezza e l’integrità degli edifici, specialmente in strutture storiche o in legno soggette a degrado. Di seguito sono riportati i passaggi fondamentali per eseguire correttamente questo intervento.
- Valutazione e Progettazione: Consultare un tecnico abilitato è il primo passo per valutare la capacità portante della trave e determinare il tipo e la quantità di rinforzo necessaria. Sarà fondamentale selezionare barre di acciaio adatte in base alle specifiche esigenze del progetto, considerando fattori come il peso, la resistenza e la compatibilità con il legno esistente.
- Preparazione della Trave: È essenziale rimuovere polvere, sporco e detriti dalla trave per garantire una buona adesione dei materiali di rinforzo. Successivamente, applicare un trattamento protettivo per prevenire il deterioramento futuro dovuto a umidità o parassiti.
- Foratura e Inserimento: Utilizzare un trapano per creare fori lungo la lunghezza della trave, in corrispondenza delle aree da rinforzare. I fori devono essere leggermente più larghi delle barre di acciaio per consentire un facile inserimento. Inserire quindi le barre di acciaio nei fori praticati, assicurandosi che siano ben allineate e in posizione corretta.
- Fissaggio e Sigillatura: Per fissare le barre all’interno della trave, si deve utilizzare resina epossidica o malta speciale. Questo passaggio è fondamentale per garantire la stabilità e l’adesione delle barre al legno. Infine, applicare un sigillante per chiudere i fori e proteggere la trave da umidità e agenti esterni.
- Manutenzione Post-Intervento: Effettuare ispezioni regolari per monitorare lo stato del consolidamento e intervenire prontamente in caso di segni di deterioramento. È consigliabile continuare con trattamenti preventivi per preservare la resistenza e la longevità della trave.
Inserimento del traliccio Bausta nel trave
Tabella Comparativa: Metodi di Rinforzo in Acciaio per Trave Lignee
| Metodo di Rinforzo | Descrizione Principale | Vantaggi Chiave | Considerazioni e Svantaggi |
|---|---|---|---|
| Funi d'acciaio presollecitate | Funi esterne poste ai lati della trave, ancorate alle teste e supportate da puntoni (centrali o intermedi) con pulegge/anelli. | Semplicità di esecuzione, rapido incremento della capacità portante, sistema provvisionale efficace. | Impatto estetico esterno, necessita di spazio ai lati della trave. |
| Barre d'acciaio inserite (incollate) | Barre filettate o lisce inserite in fori praticati all'interno del corpo della trave e fissate con resine epossidiche o malte. | Migliora la resistenza a flessione e taglio, meno invasivo esteticamente, maggiore integrazione strutturale. | Richiede foratura precisa, problemi di adesione tra acciaio liscio e colla, rischio di fenditura del legno a causa di rigidità eccessiva o comportamento igroscopico. |
Considerazioni sulla Compatibilità e Durabilità
Il consolidamento e rinforzo di elementi lignei mediante l’applicazione di lamine in materiali quali acciaio o composti fibrorinforzati (FRP) necessita di particolare attenzione sia nelle fasi di progetto che di posa in opera. È fondamentale porre in opera sistemi di rinforzo che non inducano col tempo degrado del legno di tipo biologico.
L’intervento effettuato deve consentire lo scambio di umidità con l’ambiente esterno, evitando dannosi accumuli di condensa, che possono portare a un rapido degrado biologico dell’elemento ligneo. Il collegamento rigido con piastre metalliche in direzione trasversale alla direzione di fibratura può essere problematico anche a causa del comportamento igroscopico del legno. Questo può determinare uno stato di coazione e la fenditura del materiale, che non è libero di deformarsi a causa della presenza dell’elemento metallico, il quale viene a configurarsi come un vincolo rigido.
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Per solidarizzare il materiale di rinforzo, siano esse piastre metalliche o FRP, al legno si possono adottare connessioni metalliche o connessioni incollate (in genere mediante utilizzo di adesivi a base epossidica). Si deve però tener conto che è difficile ottenere una buona aderenza tra piastre d’acciaio lisce e la colla, e che in generale possono insorgere tensioni di trazione perpendicolari alla linea di colla, i cui valori possono attingere livelli tali da provocare il distacco prematuro della lamina.
Aspetti Normativi e Valutazione delle Caratteristiche
Per quanto riguarda i profili resistenti degli elementi strutturali di legno si deve far riferimento alle norme UNI EN 338, UNI 11035 e UNI 11119, alle quali si rimanda per approfondimenti. Si può procedere al calcolo con le regole di calcolo per le strutture composte a connessione cedevole, come indicato nell'appendice B dell’Eurocodice 5, ipotizzando per entrambi i materiali un comportamento elastico-lineare.
Per la valutazione delle caratteristiche meccaniche di elementi in opera, in particolare, si può far riferimento alla norma UNI 11119:2004 "Beni culturali - Manufatti lignei - Strutture portanti degli edifici - Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera". Questa norma stabilisce procedure e requisiti per la diagnosi dello stato di conservazione e la stima della resistenza e della rigidezza di elementi lignei in opera nelle strutture portanti di edifici compresi nell’ambito dei beni culturali, attraverso l’esecuzione di ispezioni in situ e l’impiego di tecniche e metodologie di prova non distruttive.
Tale norma precisa anche le deroghe ammissibili allo scopo di rendere applicabile agli elementi strutturali lignei in opera il metodo della classificazione secondo la resistenza, anche quando le condizioni operative sono significativamente diverse da quelle riscontrabili nella normale classificazione dei segati a piè d'opera. Ad esempio, la UNI 11035 (parti 1 e 2) descrive una metodologia di classificazione applicabile anche a elementi strutturali in opera, purché siano soddisfatte tuttavia una serie di condizioni che non sempre è possibile riscontrare (in particolare la visibilità e accessibilità dell'elemento devono essere estese ad almeno 3 lati e ad una delle due testate).
Inserimento del traliccio Bausta nel trave
Analisi del Grado di Deterioramento del Legno
L’analisi del grado di deterioramento di una trave in legno è essenziale per garantire la sicurezza strutturale e la longevità degli edifici. Le prove chimiche possono fornire informazioni dettagliate sullo stato di conservazione del legno, identificando la presenza di agenti deterioranti come funghi, termiti e agenti atmosferici.
Metodi di Analisi Chimica
- Test di pH: Il test del pH può rivelare cambiamenti chimici nel legno. Un aumento dell’acidità potrebbe indicare la presenza di funghi, che consumano i componenti del legno e ne modificano il pH naturale.
- Analisi di Lignina e Cellulosa: La lignina e la cellulosa sono componenti chiave del legno. L’analisi chimica di questi polimeri può identificare la degradazione strutturale. Metodi spettroscopici come la spettroscopia infrarossa (FTIR) possono essere utilizzati per rilevare cambiamenti nella struttura chimica.
- Analisi del Contenuto d’Umidità: L’umidità è un fattore critico nel deterioramento del legno. L’analisi chimica può aiutare a determinare il contenuto d’acqua, che potrebbe indicare condizioni favorevoli per la crescita di muffe e funghi.
- Tecniche Biochimiche: L’uso di tecniche biochimiche, come la PCR (Polymerase Chain Reaction), può identificare la presenza di DNA di organismi che deteriorano il legno, come funghi e insetti.
Procedure di Campionamento e Analisi
Per condurre queste analisi, è necessario prelevare campioni da varie parti della trave per ottenere una rappresentazione accurata delle condizioni. I campioni vanno preparati, riducendoli in polvere se necessario, per facilitare l’analisi chimica. Una volta applicati i test chimici scelti per ottenere dati rilevanti, si procede ad analizzare i dati per determinare il grado di deterioramento e le cause principali.