Mi suggerite indicazioni utili per un rinforzo strutturale di trave in legno con placcaggio in piatti di acciaio.

ultimo aggiornamento
10.10.2014 (04.02.2008)
Nr.: 7527

Risposta team esperti Ing. Mauro Andreolli:

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. Indicazioni a tal riguardo possono essere trovate nei documenti riportati in bibliografia, in particolare si faccia riferimento al documento CNR DT 201/2005, che puo essere scaricato dal sito del CNR al link: www.cnr.it/sitocnr/IlCNR/Attivita/NormazioneeCertificazione/NormazioneeCertificazione.html

In linea di principio, l’applicazione del materiale di rinforzo puo essere prevista sia in zona tesa che in zona compressa, anche se in genere si procede al rinforzo della zona tesa in quanto questo permette di migliorare molto la capacità  portante degli elementi lignei inflessi, aumentandone la duttilità  (una corretta progettazione puo evitare la rottura fragile a trazione, permettendo di attingere alle risorse plastiche del materiale legno a compressione).

Particolari problematiche da tenere in considerazione riguardano ad esempio la natura dei materiali adottati (in particolare il differente comportamento nei confronti delle variazioni di umidità  e temperatura, il differente comportamento nei confronti del fuoco, ecc) e le problematiche relative alle tecniche di solidarizzazione fra i due materiali (incollaggi, unioni meccaniche).

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 puo portare ad un rapido degrado biologico dell’elemento ligneo. Il collegamento rigido con piastre metalliche in direzione trasversale alla direzione di fibratura puo 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. Questo problema è sicuramente da considerare nelle travi alte e dove si prevedano consistenti variazioni di umidità  del materiale.

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 pero 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. Di qui la possibile necessità  di utilizzare piastre ad aderenza migliorata oppure anche elementi di collegamento metallici in grado di assorbire tali trazioni »cucendo« l’incollaggio ed evitando la delaminazione.

Nel testo del CNR sono presenti indicazioni sulle modalità  di incollaggio: 1) il collante deve »bagnare« sufficientemente la superficie lignea 2) la superficie lignea deve essere opportunamente preparata in modo da presentarsi il piö possibile uniforme e regolare (questo puo comportare comportare serie difficoltà , soprattutto nell’applicazione di rinforzi ad elementi preesistenti, se questi ultimi risultano gravemente deteriorati e presentano superfici fortemente irregolari 3) lo spessore della linea di colla deve essere quello ottimale con riferimento alle indicazioni del produttore.

Per quanto riguarda il dimensionamento si puo far riferimento a regole di calcolo conformi alla norma EN 1995 (Eurocodice 5): in particolare nel caso di collegamenti incollati la rigidezza della connessione puo essere considerata infinita, mentre nel caso di collegamenti acciaio-legno si puo far riferimento a:

• valori Kser proposti dall’eurocodice (tali valori possono essere calcolati moltiplicando per 2 il valore di Kser per connessioni legno-legno)

• valori presenti in letteratura: è il caso ad esempio dei valori proposti da Gelfi e Giuliani (si veda in bibliografia) al riguardo di pioli infissi a secco nel legno e saldati al piatto metallico

Si puo 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. In alternativa si possono realizzare modelli di calcolo piö complessi che, basati sulle ipotesi si conservazione della planarità  delle sezioni rette e del possibile scorrimento tra legno e materiale di rinforzo, considerino legami costitutivi dei materiali piö aderenti alla realtà :

• legame costitutivo del legno teso, in direzione delle fibre, elastico lineare sino a rottura

• legame costitutivo del legno compresso, in direzione delle fibre, elasto-plastico

• legame costitutivo dell’FRP elastico lineare fino a rottura o legame costitutivo elasto-plastico dell’acciaio

e tengano conto che la crisi dell’elemento inflesso è causata dal raggiungimento delle deformazioni ultime del materiale legno, in zona compressa o in zona tesa.

Non da ultimo occorre tener presente che lo stato tensionale delle travi esistenti non viene modificato dalla semplice aggiunta di rinforzi strutturali: le sollecitazioni aggiuntive, dovute ai nuovi carichi, devono quindi essere sovrapposte a quelle presenti al momento della modifica del sistema statico (aggiunta dei nuovi elementi).

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 puo 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).

Normative e bibliografia essenziale

CNR DT 201/2005, »Studi preliminari finalizzati alla redazione di Istruzioni relative a Interventi di Consolidamento Statico di Strutture Lignee mediante l'utilizzo di Compositi Fibrorinforzati«

P. Gelfi, E. Giuriani, »Studio sperimentale del comportamento di travi miste legno-acciaio con connettori a piolo«, Strutture miste, atti del IV workshop italiano sulle strutture composte a cura di Nuzio Scibilia, Dario Flaccovio Editore

Johansson, »Barre d’acciaio incollate«, Manuale del legno strutturale, volume 2, Mancosu Editore

UNI 11119:2004. Beni culturali - Manufatti lignei - Strutture portanti degli edifici - Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera.

UNI 11035-1:2003. Legno strutturale - Classificazione a vista di legnami italiani secondo la resistenza meccanica: terminologia e misurazione delle caratteristiche.

UNI 11035-2:2003. Legno strutturale - Regole per la classificazione a vista secondo la resistenza e i valori caratteristici per tipi di legname strutturale italiani.

Risposta collegate:

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Mi puo consigliare cenni biografici per approfondire il tema dei collegamenti con barre incollate?

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