Rinforzare una trave è quasi sempre una necessità. Rinforzare una trave significa nella maggior parte dei casi risolvere un problema strutturale. In altri, significa aggiungere un tassello al quadro della prevenzione, soprattutto in prospettiva antisismica.
Motivazioni e Cause del Rinforzo
Diverse sono le ragioni che possono rendere necessario un intervento di rinforzo per le travi di un edificio:
- 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 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.
Tipologie di Trave e Materiali
Gli interventi di rinforzo delle travi fanno riferimento ad approcci variegati. Questi vengono adottati in base all’effettivo stato dell’elemento e al materiale di cui è composto.
- Trave in calcestruzzo: È la soluzione più adottata in ambito civile. Le travi in calcestruzzo vantano un’ottima resistenza ai carichi e sono in grado di sopportare anche la presenza di numerosi piani.
- Trave in legno: Questa soluzione viene impiegata in contesti specifici, per esempio quando lo scopo è distribuire il carico di un tetto. Infatti, il suo grado di resistenza ai carichi è inferiore alla trave in calcestruzzo. Tuttavia, spicca per flessibilità, caratteristica che torna utile in caso di terremoto.
- Trave in acciaio: Questa soluzione spicca per la facilità di posa e per la capacità di coniugare flessibilità e resistenza ai carichi. Viene utilizzata in ambito industriale (es. capannoni) ma non di rado è adottata anche nel contesto dell’edilizia residenziale.
Materiali e Metodi di Rinforzo
Rinforzo con FRP (Fyber Reinforced Polymers)
La sigla FRP sta per Fyber Reinforced Polymers. Possono essere considerati dei materiali compositi, frutto di un mix tra matrici polimeriche e fibre di carbonio/vetro. Il rinforzo in FRP viene in genere applicato nei punti di debolezza della trave, ovvero in quelle porzioni in cui la capacità di resistenza è surclassata dalle forze che la sollecitano. Ovviamente, prima di procedere con l’applicazione delle FRP è necessario “ripulire” la trave, ovvero rimuovere le parti ammalorate, se necessario spazzolare i ferri.
Interventi Specifici per Travi in Legno
Le travi in legno si prestano a svariati interventi di rinforzo:
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- Applicazione di resina epossidica: Si tratta di una soluzione rapida e poco invasiva.
- Rinforzo con FRP: Anche le travi in legno possono essere rinforzate con l’applicazione dei FRP.
- Cerchiatura con elementi in acciaio: È una soluzione leggermente più invasiva in quanto consiste nell’applicazione di fascette di acciaio in corrispondenza delle eventuali fessurazioni.
- Aggiunta di nuove travi.
- Aggiunta di piastre di acciaio: Una soluzione consiste nell’installazione di piastre in acciaio allo scopo di aumentare la sezione della trave.
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. 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.
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 (si legga: Johansson, "Barre d’acciaio incollate", Manuale del legno strutturale, volume 2, Mancosu Editore) 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.
Normative e Calcolo per il Rinforzo di Strutture Lignee
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.
UNI 11119:2004 - Beni culturali
Questa norma è 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).
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 al riguardo di pioli infissi a secco nel legno e saldati al piatto metallico. Si può quindi 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.
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Il Rinforzo Estradosso di Travi in Legno con Funi d'Acciaio Presollecitate
Il consolidamento delle travi in legno mediante l'uso di funi di acciaio presollecitate è una tecnica descritta attraverso dettagli costruttivi e varianti del sistema. L’articolo descrive una tecnica di rinforzo strutturale di travi lignee mediante l’impiego di funi in acciaio, evidenziandone principi statici, modalità di posa e vantaggi in termini di incremento di capacità portante. Il contributo è di natura tecnico-applicativa e si rivolge a progettisti impegnati nel recupero e consolidamento di edifici esistenti, in particolare storici.
Principi e Componenti del Sistema
Le funi sono poste ai lati della trave e ancorate alle teste, esternamente agli appoggi, mediante fasce d’acciaio bullonate. 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.
Romana Funi.Rinforzo strutturale con putrella balcone in quota
Varianti e Dettagli Costruttivi
Ogni supporto d’acciaio delle funi richiede un ancoraggio di testata. Una variante allo schema principale prevede il rinforzo con due puntoni intermedi. 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 questo motivo 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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Questo tipo di soluzione è possibile senza smontaggio 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.
Nei puntoni intermedi, per semplificare o in presenza di limitate sollecitazioni, le pulegge potranno essere sostituite da anelli nei quali far passare le funi.
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.
Questo contenuto è stato estratto dal Libro “CONSOLIDAMENTO DELLE STRUTTURE LIGNEE CON L’ACCIAIO” di Massimo Mariani.