L’articolo affronta il tema del ripristino delle parti degradate delle travi in legno nei punti di appoggio su murature, descrivendo cause di degrado, criticità strutturali e soluzioni tecniche di ricostruzione. L’obiettivo è fornire indicazioni operative per interventi compatibili, durabili e rispettosi delle strutture esistenti, con particolare attenzione agli edifici storici.
Il consolidamento e rinforzo di elementi lignei mediante l’applicazione di lamine in materiali quali acciaio o composti fibrorinforzati (FRP), che possono includere fibre di carbonio, vetroresina o aramidiche come il Kevlar, 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. Consolidare e ricostruire la parte deteriorata di una trave in legno o una capriata, richiede un lavoro di restauro molto accurato.
Gli FRP rappresentano una soluzione ottimale per il rinforzo e il consolidamento delle strutture in legno, offrendo vantaggi significativi in termini di leggerezza, resistenza alla corrosione e versatilità.
Diagnosi e Valutazione del Degrado 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
Esistono diverse metodologie per valutare chimicamente lo stato del legno:
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- 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 (PCR): 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.
Procedura per l'Analisi
Per una corretta valutazione, è necessario prelevare campioni da varie parti della trave per ottenere una rappresentazione accurata delle condizioni. I campioni devono essere preparati, riducendoli in polvere se necessario, per facilitare l’analisi chimica. Successivamente, si applicano i test chimici scelti per ottenere dati rilevanti, che verranno poi analizzati per determinare il grado di deterioramento e le cause principali. Le prove chimiche forniscono un’opportunità unica per valutare il deterioramento del legno in modo dettagliato e preciso.
Tabella: Metodi di Analisi Chimica per il Degrado del Legno
| Metodo di Analisi | Obiettivo | Rilevanze Principali |
|---|---|---|
| Test di pH | Rilevare cambiamenti chimici nel legno | Aumento acidità può indicare presenza di funghi |
| Analisi Lignina e Cellulosa | Identificare degradazione strutturale dei polimeri | Utilizzo di spettroscopia infrarossa (FTIR) per cambiamenti chimici |
| Analisi Contenuto d'Umidità | Determinare l'umidità interna del legno | Indica condizioni favorevoli per crescita di muffe e funghi |
| Tecniche Biochimiche (PCR) | Identificare la presenza di organismi deterioranti | Rilevazione di DNA di funghi e insetti |
Principi Fondamentali degli Interventi di Consolidamento
Innanzitutto si devono 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 può portare ad 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, venendosi a determinare uno stato di coazione e la fenditura del materiale che non è libero di deformarsi a causa della presenza dell’elemento metallico, che viene a configurarsi come un vincolo rigido.
È fondamentale consultare un tecnico abilitato per valutare la capacità portante della trave e determinare il tipo e la quantità di rinforzo necessaria. La selezione delle barre, siano esse di acciaio, vetroresina o altri materiali compositi (FRP), deve basarsi sulle specifiche esigenze del progetto, considerando fattori come il peso, la resistenza e la compatibilità con il legno esistente.
Tecniche di Ripristino delle Testate di Trave Degrade
Quando le estremità delle travi lignee risultano gravemente deteriorate, è possibile rigenerare l'appoggio con tecniche puntuali in situ. Il consolidamento e rinforzo di elementi lignei mediante l’applicazione di lamine in materiali quali acciaio o composti fibrorinforzati necessita di particolare attenzione sia nelle fasi di progetto che di posa in opera. I principali ambiti di impiego degli FRP sono la ricostruzione di testate ammalorate e il rinforzo di elementi prevalentemente inflessi.
1. Ricostruzione con Protesi Lignee
Una soluzione comporta la costruzione dell’esatta parte mancante con una protesi di legno. L’intervento prevede la sostituzione della sezione danneggiata della trave. Attraverso tecniche professionali e accorgimenti specifici, la parte compromessa viene sostituita con una nuova sezione in legno massiccio della stessa essenza di quella rimossa. Si può optare per rimuovere la trave e trasportarla in laboratorio per la successiva lavorazione di restauro, oppure (se le condizioni lo permettono), eseguire il giunto direttamente in cantiere, aprendo canali laterali o fori per l’inserimento delle barre.
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2. Consolidamento con Profilati Piatte d'Acciaio
L’intervento proposto consiste nell’eseguire, dopo aver effettuato l’asportazione della parte ammalorata della testa della trave, tagli paralleli all’asse nei quali inserire profilati piatti d’acciaio di adeguato spessore, precedentemente preparati fuori opera. Barre filettate o bulloni e dadi “a scomparsa” completano il collegamento; i tagli dovrebbero essere saturati con resine epossidiche. Gli elementi di rinforzo in acciaio vengono posizionati parallelamente alla fibratura del legno, per ridurre al minimo gli effetti di ritiro e rigonfiamento. Questi accorgimenti assicurano la compatibilità dei materiali utilizzati nel giunto.
3. Ricostruzione con Malta Epossidica e Barre (Acciaio o Fibrorinforzate)
Un'altra soluzione prevede il rifacimento con una malta epossidica gettata all’interno di una cassaforma. La prima fase di intervento consiste nella completa asportazione della parte ammalorata alla quale seguono le perforazioni, parallele all’asse della trave, che accoglieranno le barre filettate d’acciaio o di vetroresina. Successivamente i fori, asportati i residui della perforazione mediante soffiaggio e aspirazione, vengono saturati preferibilmente con idonee resine epossidiche prima dell’inserimento delle barre. La protesi, una volta inserita, è resa solidale alla trave mediante iniezione di resina (o betoncino epossidico) effettuata attraverso il foro previsto nella parte superiore della trave stessa. Facendo ricorso ad una cassaforma si riproduce la geometria originaria della parte di trave asportata per mezzo di un getto di malta epossidica che ingloba le barre di armatura.
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4. Ricostruzione con Getti Epossidici e Armature Sintetiche FRP
Nel caso della ricostruzione di testate ammalorate con getti epossidici, si segue una procedura specifica: scavare l'estradosso e predisporre i casseri; inserire le armature sintetiche FRP (come barre in Kevlar, fibra di vetro o carbonio); realizzare il getto epossidico collaborante ed eseguire il rinforzo localizzato con fibre.
Rinforzo di Elementi Lignee Prevalentemente Inflessi con FRP
Nel caso dei rinforzi di elementi lignei prevalentemente inflessi, come singole travi, putrelle di solai o singoli elementi di sistemi strutturali più complessi come le capriate e i telai, il materiale di rinforzo può essere costituito da tessuti di varia costituzione o da lamine, applicati secondo criteri tali da conseguire vantaggi in termini di resistenza e di deformabilità, oppure di duttilità.
1. Rinforzo con Tessuti in Fibra (Vetro o Carbonio)
L'applicazione dei tessuti di rinforzo FRP, principalmente utilizzati come rinforzo flessionale, consente di incrementare la resistenza flessionale degli elementi mediante incollaggio delle fasce di tessuto di rinforzo in zona tesa. Il rinforzo potrà essere realizzato con fasce di tessuto in fibra di vetro o in fibra di carbonio. Tale intervento si presta a essere utilizzato principalmente negli ambienti di sottotetto, nelle zone in cui è previsto un controsoffitto di finitura, oppure nei casi in cui è possibile rivestire esternamente l'elemento ligneo.
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2. Rinforzo con Lamine FRP (Iniezione in Fessure)
L'intervento di rinforzo da eseguire mediante le lamine, prevede invece l'utilizzo di materiali specifici come Kimitech PLATE. Il materiale di rinforzo viene quindi inserito all'interno di fessure appositamente prodotte per contenere le lamine stesse e consente quindi di ridurre al minimo l'impatto estetico dell'intervento. Per effettuare questa procedura occorre, nell'ordine: incidere lateralmente la trave; eseguire il pre-riempimento dell'intercapedine con resina; inserire la lamina; effettuare la successiva stuccatura con resina; a stagionatura conclusa, procedere con la verniciatura.
Questa procedura è stata eseguita con successo per l'intervento di consolidamento strutturale della Chiesa di Santa Maria della Pace a Chiusi, in provincia di Siena. In quel caso, le travi del solaio, essendo decorate all'intradosso, dovevano essere mantenute a vista e la finitura non doveva essere alterata in alcun modo.
Dettagli Operativi e Considerazioni sull'Adesione
Di seguito sono riportati i passaggi fondamentali per eseguire correttamente questo intervento di consolidamento:
- Rimuovere polvere, sporco e detriti dalla trave per garantire una buona adesione dei materiali di rinforzo.
- Applicare un trattamento protettivo per prevenire il deterioramento futuro dovuto a umidità o parassiti.
- 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 o FRP per consentire l’inserimento.
- Inserire le barre di acciaio o FRP nei fori praticati. Assicurarsi che siano ben allineate e in posizione corretta.
- Utilizzare resina epossidica o malta speciale per fissare le barre all’interno della trave. Questo passaggio è fondamentale per garantire la stabilità e l’adesione delle barre al legno.
- Applicare un sigillante per chiudere i fori e proteggere la trave da umidità e agenti esterni.
- Effettuare ispezioni regolari per monitorare lo stato del consolidamento e intervenire prontamente in caso di segni di deterioramento. Continuare con trattamenti preventivi per preservare la resistenza e la longevità della trave.
Per solidarizzare il materiale di rinforzo (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, come evidenziato da Johansson nel suo "Manuale del legno strutturale". 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.
Per il calcolo, si possono utilizzare i valori Kser proposti dall’Eurocodice (tali valori possono essere calcolati moltiplicando per 2 il valore di Kser per connessioni legno-legno) o valori presenti in letteratura, come quelli proposti da Gelfi e Giuliani riguardo a pioli infissi a secco nel legno e saldati al piatto metallico.
Normative e Calcolo Strutturale
Si può procedere al calcolo con le regole di calcolo per le strutture composte a connessione cedevole (si veda l’appendice B dell’Eurocodice 5), ipotizzando per entrambi i materiali un comportamento elastico-lineare. 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.
Per quanto riguarda la valutazione delle caratteristiche meccaniche di elementi in opera si può far riferimento in particolare alla norma UNI 11119:2004, intitolata "Beni culturali - Manufatti lignei - Strutture portanti degli edifici - Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera". La 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 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).
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