Rinforzo di Trave in Legno con Rompitratta e Profili HEB in Acciaio

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.

Perché Rinforzare una Trave?

Il rinforzo delle travi può essere richiesto per diverse ragioni:

• 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 rinforzare 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.

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.

Tipologie di Travi e Loro Caratteristiche

Esistono diverse tipologie di travi, ciascuna con specifiche proprietà:

• 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.

Rinforzo delle Travi in Legno: Metodi e Attenzione alla Progettazione

Il recupero del patrimonio edilizio esistente rappresenta un tema cruciale su cui gli operatori della filiera dell’edilizia stanno concentrando una crescente attenzione, dal risanamento di travi in legno a interventi strutturali sugli edifici.

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Le travi in legno si prestano a svariati interventi di rinforzo:

• Applicazione di resina epossidica. Si tratta di una soluzione rapida e poco invasiva.
• Rinforzo con FRP. Anche le travi in legno possono essere rinforzati 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.

Rinforzo con FRP (Fyber Reinforced Polymers)

La sigla 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.

Aspetti Critici e Normative per il Rinforzo Ligneo

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 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.

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. 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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Le Travi HEB: Robustezza e Versatilità nell'Acciaio

Le travi HEB sono tra i profili in acciaio più utilizzati nel settore delle costruzioni grazie alla loro robustezza, versatilità e capacità di supportare carichi elevati.

Cosa sono le Travi HEB?

Le travi HEB sono profili in acciaio largamente impiegati in ambito edilizio e industriale grazie alla loro forma distintiva e alle proprietà meccaniche superiori. La sezione trasversale delle travi HEB si distingue per la forma a “H”, caratterizzata da ali larghe e parallele, che offrono un eccellente equilibrio tra leggerezza strutturale e capacità di carico. Questa configurazione permette una distribuzione uniforme delle forze, riducendo al minimo i rischi di deformazioni o cedimenti sotto carico. La particolare progettazione delle travi HEB le rende adatte a sopportare non solo carichi statici, come il peso delle strutture sovrastanti, ma anche carichi dinamici, come vibrazioni e sollecitazioni dovute al vento o, come nel caso dei ponti, al traffico. Grazie alla simmetria della sezione, queste travi sono ideali per applicazioni in cui è necessario distribuire i carichi in modo uniforme, garantendo una maggiore stabilità complessiva della struttura.

Realizzate principalmente in acciaio strutturale S275 o S355, le travi HEB offrono un mix ottimale di resistenza alla trazione, flessione e compressione, oltre a una buona duttilità. L’acciaio S275 è particolarmente apprezzato per la sua versatilità e capacità di sopportare sollecitazioni moderate, mentre l’acciaio S355, più resistente, è preferito per applicazioni che richiedono alte prestazioni. Entrambi i materiali rispettano rigorosi standard internazionali, assicurando che le travi siano conformi a requisiti di qualità, sicurezza e durabilità. Le travi HEB possono essere tagliate e saldate con facilità, rendendole adattabili a una vasta gamma di progetti. Questa flessibilità consente agli ingegneri di personalizzare le travi in base alle specifiche esigenze progettuali, rendendole una scelta ideale sia per strutture portanti principali sia per elementi secondari. Inoltre, la capacità di resistere a sollecitazioni meccaniche e a condizioni ambientali difficili amplia ulteriormente il loro campo di applicazione.

Dimensioni delle Travi HEB

Le travi HEB sono disponibili in una gamma di dimensioni standardizzate per soddisfare esigenze progettuali diverse, rendendole una soluzione versatile per applicazioni sia leggere che pesanti. La varietà delle dimensioni consente di selezionare il profilo più adatto in base ai carichi previsti, alle caratteristiche strutturali e ai vincoli architettonici del progetto.

Configurazione geometrica

Ogni dimensione delle travi HEB è progettata per offrire un equilibrio ottimale tra capacità portante e peso. Le dimensioni principali includono:

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• larghezza (b) - rappresenta la misura dell’ala ed è progettata per fornire stabilità laterale;
• altezza (h) - è la distanza totale tra le estremità delle ali, che contribuisce alla capacità di resistenza ai momenti flettenti;
• spessore delle Ali (t) - un parametro fondamentale che determina la robustezza complessiva della trave.

Questa configurazione rende le travi HEB particolarmente efficaci nella distribuzione dei carichi e nella resistenza a sollecitazioni concentrate.

Peso e impatto sulla progettazione

Il peso delle travi HEB, espresso in chilogrammi per metro lineare (kg/m), varia in modo proporzionale alle dimensioni del profilo. Questo aspetto è fondamentale nella progettazione strutturale, in quanto:

• influisce sulla scelta dei mezzi di sollevamento necessari per il trasporto e l’installazione;
• condiziona le fondazioni, che devono essere dimensionate per sostenere il peso statico della trave e i carichi applicati.

Di seguito è presente una tabella con il peso di alcune travi HEB.

Profilo HEB	Peso (kg/m)
HEB 100	20,4
HEB 200	61,3
HEB 300	123
HEB 1000	314

Importanza della selezione corretta

Una scelta accurata della dimensione è essenziale per ottimizzare la sicurezza e l’efficienza del progetto. Dimensioni troppo piccole potrebbero compromettere la capacità portante, mentre l’uso di travi sovradimensionate può portare a costi inutilmente elevati per materiali e fondazioni. Per questo è utile effettuare un buon predimensionamento delle travi così da definire in anticipo le dimensioni di massima di questi elementi strutturali prima dell’avvio della progettazione.

Portata delle Travi HEB e Calcolo del Carico Concentrato

La portata delle travi HEB, ovvero la loro capacità di sopportare carichi, è strettamente legata alla loro dimensione e al materiale con cui sono realizzate. La comprensione del carico concentrato è cruciale nella progettazione strutturale per garantire sicurezza ed efficienza.

Fattori che influenzano la portata

• Dimensioni della trave. Ogni dimensione della trave ha un peso specifico per metro lineare, che riflette la sua robustezza e capacità portante. Ad esempio, una HEB 300 può supportare carichi considerevoli grazie al suo peso di 123 kg/m, mentre una HEB 200, con un peso di 61,3 kg/m, è adatta a sollecitazioni più moderate. Questi dati ci consentono anche di conoscere il peso della trave e, quindi, il carico concentrato da prendere in considerazione durante il calcolo della struttura. Infatti, oltre a queste informazioni, basta sapere qual è la lunghezza per arrivare semplicemente al risultato finale. Per esempio per una trave HEB 300 di 6 m si avrà un carico complessivo di 738 kg (123 kg/m * 6 m). Il calcolo accurato della portata e del carico concentrato consente di evitare problemi strutturali, come deformazioni e cedimenti, ottimizzare i costi, scegliendo travi con capacità adeguata senza sovradimensionare inutilmente, e garantire il rispetto delle normative di sicurezza.
• Materiale. La qualità dell’acciaio, come S275 o S355, incide significativamente sulla portata. Acciai con resistenze maggiori, come l’S355, offrono una capacità di carico superiore, rendendo queste travi ideali per applicazioni che richiedono alte prestazioni.
• Lunghezza della trave. La lunghezza influisce direttamente sulla distribuzione delle sollecitazioni. Una trave più lunga è soggetta a flessione maggiore, riducendo la capacità di sopportare carichi concentrati rispetto a una trave più corta.

La portata delle travi HEB è quindi un elemento critico nella progettazione strutturale, che richiede l’uso di metodi analitici e software avanzati per una valutazione precisa delle prestazioni.

Differenza tra Travi HEA e HEB

Le travi HEA e HEB, entrambe profili in acciaio a forma di “H”, si distinguono per le loro caratteristiche progettuali e il conseguente utilizzo in applicazioni specifiche. Queste differenze derivano principalmente da variazioni nello spessore delle ali, nella capacità di carico e nelle dimensioni generali, rendendo ciascun tipo di trave adatto a contesti strutturali diversi.

• Spessore delle ali. Le travi HEA presentano ali più sottili, riducendo il peso complessivo e rendendole ideali per strutture leggere o secondarie con carichi moderati. Le travi HEB, con ali più spesse, aumentano la robustezza complessiva del profilo, consentendo di sopportare carichi molto più elevati e risultando adatte per applicazioni strutturali pesanti.
• Capacità di carico. Le travi HEA sono progettate per sostenere carichi moderati e trovano impiego in costruzioni leggere, come supporti secondari. Le travi HEB, grazie al loro design più robusto, possono gestire carichi statici e dinamici significativi, essendo una scelta obbligata per strutture portanti primarie.
• Dimensioni. Per dimensioni fino a 300 mm, nelle travi HEA l’altezza è inferiore alla larghezza, mentre nelle HEB l’altezza è pari alla larghezza. Per dimensioni maggiori, nelle HEA l’altezza aumenta mantenendo la larghezza costante a 300 mm, mentre nelle HEB la larghezza delle ali resta invariata ma l’altezza aumenta, offrendo maggiore resistenza alla flessione.

Software BIM per Calcolo Strutturale e Travi HEB

L’utilizzo di un software BIM per il calcolo strutturale in acciaio rappresenta uno strumento fondamentale per la progettazione e il dimensionamento delle travi HEB. Attraverso la modellazione digitale, il software consente di simulare il comportamento della trave sotto carichi statici e dinamici, ottimizzando il progetto per garantire sicurezza e prestazioni elevate. I dati relativi a materiale, dimensioni e peso della trave vengono integrati direttamente nel modello 3D, permettendo una valutazione accurata delle sollecitazioni e delle deformazioni. Inoltre, il BIM facilita il confronto tra diverse opzioni di dimensionamento, evidenziando i profili più efficienti in termini di capacità portante e costi.

Metodo di Rinforzo delle Travi Lignee con Funi d'Acciaio Presollecitate

Questo contributo 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.

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. L’ancoraggio dei tiranti è costituito da un sostegno d’acciaio in corrispondenza dell’appoggio e dai puntoni intermedi.

Varianti e Soluzioni Adottabili

• 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.
• Ancoraggio alla muratura con perforazioni armate. 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.
• Soluzione 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.
• Sostituzione delle pulegge con anelli. Nei puntoni intermedi, per semplificare o in presenza di limitate sollecitazioni, le pulegge potranno essere sostituite da anelli nei quali far passare le funi.
• Sfruttamento delle resistenze al taglio della trave. Il sistema di rinforzo può garantire anche ulteriore efficacia con lo sfruttamento delle proprietà meccaniche residue della trave.

Questo contenuto è stato estratto dal Libro “CONSOLIDAMENTO DELLE STRUTTURE LIGNEE CON L’ACCIAIO” di Massimo Mariani.

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