Il patrimonio edilizio italiano (soprattutto di tipo tradizionale) è ricco di elementi strutturali in legno; è quindi molto frequente che i tecnici progettisti che operano nel settore del recupero edilizio si trovino a dover affrontare il tema del rinforzo strutturale delle travi in legno.
Il testo si rivolge ai tecnici e progettisti che operano nel settore del restauro architettonico e del rinforzo strutturale. L'argomento affrontato riguarda l'impiego dei materiali FRP (Fyber Reinforced Polymers) in particolare quelli a base di fibre di carbonio (CFRP) nel rinforzo di travi in legno inflesse di solai piani o coperture.
In questi casi, l'uso dei materiali compositi, principalmente a base di fibre di carbonio, rappresenta una validissima soluzione per conferire maggiore resistenza al legno; i nuovi materiali si accostano in maniera discreta alla struttura in opera agendo in collaborazione con essa e non in sostituzione. A differenza di altre tecniche tradizionali, quali l'uso di profilati metallici o piatti in acciaio per placcare le travi o solette collaboranti ecc., l'uso dei materiali FRP non comporta aumento di peso; questa caratteristica rende l'intervento pienamente compatibile con la struttura di legno che, tra le sue principali prerogative, ha appunto quella di essere leggera e resistente.
Soluzioni Innovative con Materiali Compositi (FRP/GFRP)
L’articolo (suddiviso in tre parti) ripropone alcune tecniche per il miglioramento sismico di edifici storici, pensate e sperimentate negli ultimi anni da un gruppo di ricerca dell’Università di Perugia. A questo scopo è stata condotta una ricerca per valutare l’utilizzo di elementi in composito come rinforzo di travi lignee inflesse.
In particolare, gli elementi in composito, capaci di resistere in egual modo a compressione e a trazione, vengono disposti in zona compressa, per incrementare le caratteristiche flessionali (di resistenza, ma anche e soprattutto di rigidezza) di travi lignee.
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Campagna Sperimentale e Risultati
Nella campagna sperimentale condotta (Borri e Corradi 2004; Corradi e Borri 2007) sono state realizzate prove di flessione su tre e quattro punti su 13 travi in legno di castagno e di abete, rinforzate in zona compressa attraverso l’applicazione di pultrusi in GFRP.
In particolare, sono state testate 7 travi di abete bianco (identificate nel seguito come A1, A2, A3, A4, A5, A6 e A7)) e 6 di castagno (C1, C2, C3, C4, C5, C6).
Tabella 1: Dettaglio delle travi in legno testate
| Tipo di Legno | Numero Travi Testate | Codici di Identificazione |
|---|---|---|
| Abete Bianco | 7 | A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7 |
| Castagno | 6 | C1, C2, C3, C4, C5, C6 |
Nove travi sono state rinforzate utilizzando profilati pultrusi in fibra di vetro (GFRP) della lunghezza di 2500 mm, di cui, 5 con sezione a doppio T (di seguito indicati come H1, H2, H3, H4, H5) e 4 ottenuti mediante l’accoppiamento, tramite incollaggio con resina epossidica, di 2 profilati a C (di seguito indicati come I1, I2, I3, I4).
In ciascuna prova sono stati effettuati 6 cicli di carico e scarico tra gli estremi di carico di 10 kN e 30 kN. Nei test a rottura il setup di prova è analogo a quello delle prove in campo elastico; il carico però è stato applicato con una velocità costante di 0.2 kN/s fino al raggiungimento della rottura.
Le caratteristiche meccaniche dei profilati pultrusi sono state valutate in accordo alla EN 13706-2 (all. D e G) e alla ASTM D 695M. Modulo elastico EP e di taglio GP: sono state eseguite prove di flessione su 3 punti con tre diversi valori della lunghezza di inflessione della trave (2.5 m, 2.0 m e 1.5 m).
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Decremento della rigidezza flessionale kP a seguito dell’esecuzione di intagli sui profili pultrusi: sono state eseguite prove di flessione su 4 punti con una lunghezza libera di inflessione della trave di 2.5 m, eseguendo 6 cicli di carico (ciascuno di 55 s) in controllo di spostamento verticale tra 1 mm e 12 mm. Le prove sono state realizzate sia sui profilati pultrusi in GFRP integri, che dopo aver realizzato degli intagli di 80x30 mm ogni 50 cm. L’applicazione dei pultrusi sulla parte superiore delle travi lignee è stata realizzata sia attraverso incollaggio con resina epossidica, sia con viti autofilettanti per legno, del diametro d=10 mm e lunghezza L=80 mm appartenenti alla classe 4.8. Analogamente alle prove di flessione realizzate sulle travi lignee non rinforzate, le prove in campo elastico sono state condotte utilizzando uno schema di carico su 4 punti, realizzando 6 cicli di carico e scarico tra 10 kN e 30 kN.
CDS Win: Il Software per la Progettazione Strutturale e il Rinforzo
Il package di calcolo strutturale CDS è un potente strumento di calcolo che permette di effettuare, con schematizzazione totalmente tridimensionale, l'analisi di una qualsiasi struttura mediante le più sofisticate tecniche f.e.m.(Finite Element Method). CDS infatti consente di modellare e calcolare strutture spaziali o piane con elementi monodimensionali e bidimensionali (travi, pilastri, setti, piastre, plinti, plinti su pali, platee, platee su pali, nuclei irrigidenti).
L'input è costituito da un CAD strutturale appositamente studiato e dotato di sofisticate caratteristiche di puntamento diretto a video degli elementi strutturali che consentono una rapida immissione della struttura ed un agevole controllo grafico dei dati forniti. L'interfaccia è perciò essenziale e priva di quella marea di comandi, spesso inutili e fuorvianti, che ritroviamo su CAD potentissimi ma generici cioè non realizzati per compiere un lavoro specifico.
Il programma è organizzato secondo una struttura modulare per venire incontro alle diverse esigenze professionali, permettendo a ciascun utente di acquistare solo i moduli di effettivo interesse, realizzando così cospicui risparmi. Il CDS è anche disponibile in “Versione Trial”, ovvero in una speciale versione di prova funzionante per 30 giorni che chiunque può abilitare sul proprio computer per provare, a costo zero, le funzionalità del prodotto. A tal proposito vale qui la pena di sottolineare come la politica commerciale della STS sia sempre stata improntata alla massima trasparenza.
CDS Win - Video Corso - Stampa dei Tabulati di Calcolo
Funzionalità Specifiche per Strutture in Legno in CDS Win
Le Unioni di Carpenteria sono normate al punto 7.7 di Cnr Dt 206/2007. CDS Win permette la realizzazione di soluzioni di intaglio a Dente Semplice o a Dente Arretrato con angoli di intaglio definibili dall’utente e tiene conto dei Bulloni di Serraggio, un’elegante soluzione totalmente invisibile dall’esterno, per la realizzazione degli elementi di chiusura che evitano la scomposizione dell’unione. Le verifiche effettuate comprendono anche quelle accessorie a taglio sul Tacco dell’unione.
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I Collegamenti con Viti ad X realizzano cerniere o appoggi di una trave su un elemento portante (trave o pilastro che sia), a mezzo di coppie di viti a tutto filetto incrociate ad X. E’ infatti possibile definire tipologie, angoli di infissione, affondamenti, penetrazione nell’elemento ligneo da intradosso/estradosso, differenziati per le viti che formano la X; è possibile altresì prevedere più coppie di viti. CDS Win è dotato di algoritmi ad elevato livello di automatismo che si occupano sia della determinazione del tipo di vite da adottare e dei relativi parametri geometrici. Per velocizzare le procedure di input, CDS Win è stato integrato anche con uno specifico archivio di sezioni commerciali tipiche di legno lamellare, evitando la necessità di ricorrere a sagomari e cataloghi. Infine l’utente, grazie alle Unioni Custom, ha la possibilità di realizzare un’unione “su misura” in base alla particolare geometria del nodo.
Moduli Avanzati di Calcolo e Verifica in CDS
Il software CDS offre moduli per input della Geometria libera della struttura 3D, prospettiva, rendering, disegno in formato DXF. Per il calcolo, utilizza la Risoluzione a 6 G.D.L. con WarSolver parallelo e analisi sismica statica. Sono previste Verifiche allo stato limite ultimo e allo stato limite di esercizio per cemento armato e acciaio. Il calcolo include l'Analisi carichi automatica e piante carpenteria.
Sono supportati Aste elevazione c.a. Setti: shell verticali (pareti di sostegno, setti irrigidenti, setti forati) in c.a. o legno X-Lam, con Input, Calcolo, Verifica e Disegno ferri. Anche Platee di fondazione e Piastre di elevazione di forma generica, con Input, Calcolo, Verifica e Disegno ferri. Il programma gestisce Vincoli nodali interni ed esterni generici, sia elastici che con cedimento imposto, e Carichi nodali concentrati (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz).
Per le armature, CDS permette la Manipolazione interattiva disegno ferri travi per le armature a flessione, taglio e torsione con i relativi istogrammi di copertura delle aree di calcolo. È disponibile l'Assemblaggio automatico delle tavole per il plotter. L'Input generico 3D gestisce condizioni di carico, copie: lineari - rotazionali - rototraslazionali, e la gestione piani di lavoro. Sono incluse Aste in acciaio, prefabbricate "generiche" e legno (UNI CNR-EC3-EC5-DM2005-DM2008), con verifiche di resistenza ed instabilità; e un archivio grafico sezioni (consigliato mod.7). Infine, il software offre la Verifica nodi strutturali in acciaio secondo EC3 e disegno automatico carpenterie metalliche, oltre alle Unioni ad intaglio per Capriate il Legno secondo EC5 (necessita mod. 9).
FIBRE NET: Qualità e Innovazione nei Materiali Compositi
La storia di FIBRE NET inizia nel 2001 con una visione: sviluppare un prodotto del tutto nuovo non presente sul mercato, una rete in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer). L’azienda parte sempre dall’analisi del contesto, per sviluppare e offrire soluzioni efficaci e performanti. Ogni elemento viene prodotto con materie prime di alta qualità, testate durante ogni processo di realizzazione.
Caratteristiche comuni delle linee di prodotto P-TREX sono resistenza alla corrosione, ai raggi UV, buone prestazioni meccaniche in rapporto al peso ridotto, isolamento elettrico e radio-trasparenza.
Supporto Esperto e Formazione per Professionisti
Professionisti ingegneri civili, strutturisti, specializzati sui sistemi di rinforzo compositi innovativi, forniscono assistenza tecnica ai progettisti, dalla progettazione all’applicazione dei materiali. L’attività di assistenza tecnica è direttamente rivolta ai progettisti del settore del ripristino e del consolidamento degli edifici.
Sono disponibili relatori tecnici a eventi formativi accreditati in collaborazione con gli ordini professionali su tutto il territorio nazionale. Docenti e referenti scientifici di diversi corsi per progettisti fruibili in modalità asincrona, sono accreditati dagli Ordini di Ingegneri, Architetti e Collegi dei Geometri. Il manuale comprende un’ampia casistica di esempi di dimensionamento su elementi in calcestruzzo e in muratura e informazioni utili su come inserire correttamente i sistemi di rinforzo compositi all’interno dei software di calcolo.
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