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Consolidamento delle strutture in legno

Risultati degli studi condotti nell’ambito della ricerca
PRIN 2006 sul recupero delle strutture lignee esistenti

A CURA DI MAURIZIO PIAZZA

ottobre 2009 pp.224 euro 20.00 isbn 978 88 86977 64 7 f.to 16.5x24

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La ricerca presentata in questo volume affronta un argomento di grande attualità e rilevanza per le strutture di legno esistenti, che costituiscono buona parte dei solai e delle coperture degli edifici storici, anche a carattere non monumentale, del nostro Paese, soprattutto con riguardo alla sicurezza della costruzione nei confronti delle azioni sismiche.
Le esistenti strutture lignee presentano spesso evidenti limiti di resistenza, ma soprattutto di rigidezza, nei confronti sia delle sollecitazioni statiche sia di quelle sismiche. I motivi che determinano tale insufficienza sono molteplici: strutture realizzate spesso senza una base progettuale, mutate richieste prestazionali, cattive realizzazioni, messa in opera di elementi che oggi sarebbero giudicati non idonei e, non ultimo, assoluta mancanza di manutenzione con conseguente inevitabile degrado di materiale ed elementi. A tali motivazioni si devono poi aggiungere le note caratteristiche meccaniche del legno, legate principalmente ad un comportamento intrinsecamente fragile (soprattutto a trazione) e alla scarsa rigidezza presentata generalmente dai sistemi di connessione. Tutti questi aspetti hanno giocato e giocano un ruolo negativo in molte situazioni, ma principalmente quando la costruzione sia soggetta ad azioni sismiche.
È noto, ad esempio, che solai dotati di adeguata rigidezza favoriscono un buon comportamento dell’edificio nel suo complesso nei confronti di tali azioni: negli edifici esistenti, gli impalcati lignei presentano spesso una rigidezza insufficiente a garantire un valido comportamento membranale del solaio stesso. Un altro problema che si riscontra nelle strutture storiche è costituito dalla presenza delle connessioni di carpenteria, tipiche delle tecnologie costruttive tradizionali che, quando si prevedano carichi ciclici con inversione, dovranno essere adeguatamente rinforzate al fine di evitare la disconnessione degli elementi.
Ma ancor prima di una discussione su quelli che possono essere interventi possibili sulle strutture lignee, si impone una risposta ad un altro quesito: il materiale in opera è ancora affidabile e quali sono le sue attuali prestazioni meccaniche? Per tale domanda, molto spesso, sono state accettate argomentazioni che, facendo riferimento a un generico presunto “invecchiamento” del materiale, portavano ad escludere la possibilità di mantenere in opera intere sottostrutture lignee senza una benché minima operazione di valutazione preventiva.
Ciò premesso, la ricerca Tecniche diagnostiche e di intervento poco invasive e completamente reversibili per il consolidamento e il miglioramento sismico delle strutture lignee di edifici storici, svolta nell’ambito dei Programmi di Ricerca scientifica di rilevante Interesse Nazionale, finanziata nel 2006 dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca e condotta nel biennio 2007 – 2008, ha visto la partecipazione di cinque Istituzioni universitarie italiane che hanno affrontato, con il mio coordinamento, alcuni aspetti di particolare rilievo per la diagnosi e l’intervento su strutture lignee esistenti.
La ricerca si è concentrata quindi sullo studio di tecniche di intervento, caratterizzate da reversibilità, per il consolidamento ed il miglioramento del comportamento sismico delle strutture lignee esistenti, a seguito di corrette operazioni di diagnosi su queste operate.
Una parte consistente del lavoro svolto ha quindi riguardato la ricerca sulle differenti metodologie di prova non distruttive per giungere alla caratterizzazione degli elementi lignei in opera, con riguardo al loro comportamento meccanico. Interessanti risultati sono stati ottenuti dalle unità di ricerca delle Università di Napoli Federico II (coord. B. Faggiano), Università di Bologna (coord. A. Benedetti), Università di Trento (coord. M. Piazza), soprattutto mediante comparazione tra diverse tecniche di indagine non distruttive.
Un’altra parte del lavoro sviluppato nel corso della ricerca ha riguardato lo studio di tecniche di rinforzo di elementi lignei non rispondenti agli attuali livelli di sicurezza Il gruppo di ricerca della Università di Bologna si è occupato quindi del problema della delaminazione dei rinforzi incollati sul legno e della resistenza (a flessione e taglio) di connessioni per la giunzione di protesi di estremità applicate a travi lignee ammalorate in testata.
Il gruppo di ricerca dell’Università di Trento si è invece occupato, da un lato, del comportamento dei sistemi di connessione di carpenteria (tradizionali) e della loro influenza sul comportamento globale di strutture lignee di copertura, dall’altro del comportamento di connessioni meccaniche, caratterizzate da reversibilità, da utilizzare in interventi di riabilitazione strutturale (M. Ballerini). Tale studio si ritiene interessante sia per le caratteristiche di flessibilità e di economicità di questi connettori, sia per la scarsità di dati di letteratura che ne ostacola un loro proficuo impiego.
Altra tematica di notevole interesse, per le evidenti implicazioni sul comportamento sismico degli edifici, è stata quella affrontata dall’Università di Trieste (coord. N. Gattesco) relativa alle tecniche di irrigidimento di solai e coperture di legno, con particolare riguardo alle azioni nel proprio piano e utilizzando sistemi di irrigidimento totalmente reversibili.
Un tema trasversale e sinergico a tutte le attività svolte è stato infine trattato dalla Seconda Università di Napoli (coord. G. Frunzio), che si è occupata di come il comportamento del legno e delle connessioni possa essere adeguatamente implementato in modelli numerici, anche al fine di valutare preventivamente l’efficacia degli interventi di consolidamento.
Volendo trarre un bilancio del lavoro svolto, ritengo che gli obiettivi che la ricerca si era prefissa sono stati pienamente raggiunti. I differenti casi studio trattati e la ampia sperimentazione di laboratorio eseguita dimostrano come sia possibile effettuare accurate valutazioni sulle strutture lignee in opera e su queste intervenire efficacemente con tecniche caratterizzate da reversibilità. Si dimostra altresì come la ricerca sull’argomento possa ancora proporre nuovi e interessanti spunti di riflessione ai tecnici e ai progettisti del settore.
Infine è doveroso, da parte mia, esprimere un sincero ringraziamento a tutti i responsabili delle singole unità di ricerca e un apprezzamento per l’attività svolta da tutti i componenti i gruppi di lavoro, attività che ha portato a un ottimo e convincente risultato finale grazie anche alla concreta cooperazione attivata tra le varie sedi.

INDICE

Mariapaola Riggio, Maurizio Piazza
Analisi in situ di elementi lignei in strutture storiche: metodologie normative e applicazioni di tecniche non distruttive

Beatrice Faggiano, Maria Rosaria Grippa, Anna Marzo
Valutazione sperimentale delle proprietà meccaniche del legno mediante tecniche non distruttive comparate per la caratterizzazione delle strutture lignee esistenti

Camilla Colla, Andrea Benedetti
Applicazioni di tomografia acustica e prove di resistenza alla penetrazione per la valutazione del degrado di elementi strutturali lignei antichi

Giorgio Frunzio, Maria Rosaria Gargiulo, Michelina Monaco
Modelli numerici per l’analisi del legno antico

Marco Ballerini, Claudio Montresor
Caratterizzazione meccanica di connessioni con viti autoforanti per interventi di adeguamento strutturale con carattere di reversibilità

Andrea Benedetti, Ivan Brosio
Valutazione comparativa di tecniche di riparazione protesicadi travi di legno con polimeri fibrorinforzati

Natalino Gattesco, Lorenzo Macorini, Fausto Benussi
Tecniche per il consolidamento dei solai lignei degli edifici storici caratterizzate da buona reversibilità