Tecniche di rinforzo per solai lignei

Quando si interviene su impalcati lignei esistenti, generalmente ci si trova di fronte a problematiche legate a deformazioni flessionali prodotte dai carichi di esercizio, deformazioni permanenti accumulate nel tempo e fenomeni di vibrazione. Salvo casi particolari, quali un cambio di destinazione d’uso dell’edificio o la presenza di gravi situazioni di degrado materico, le carenze strutturali riscontrabili in queste tipologie di elementi sono dunque legate alla deformabilità intrinseca del sistema piuttosto che al livello di sollecitazione presente.

Esistono varie soluzioni per migliorare le prestazioni dei solai e diaframmi, sia per quanto riguarda la risposta nel piano che quella fuori piano.

La scelta della modalità di intervento è condizionata da una molteplicità di fattori sia di tipo architettonico che strutturale, quali ad esempio:
- reversibilità dell’intervento (edifici storici, di pregio o tutelati);
- limitazione della invasività dell’intervento;
- presenza di contro-soffitti o pavimenti di pregio che rendono necessaria la scelta di una tecnica di rinforzo estradossale o intradossale;
- impossibilità di modificare la quota di calpestio dei solai;
- necessità di mantenere contenute le masse sismiche (soprattutto quando si interviene nei piani alti degli edifici);
- stato di degrado degli elementi resistenti per cui, a volte, può anche rendersi necessaria la sostituzione o l’integrazione con nuovi elementi);
- limiti di carattere tecnologico/costruttivo presenti in cantiere;
- costo dei materiali e della manodopera.

Nel presente articolo l’attenzione è rivolta al comportamento fuori piano. In questo senso, la realizzazione di solai composti (legno-legno o legno-calcestruzzo) rappresenta una delle tecniche di rinforzo più diffuse. In questo filone si colloca il lavoro di ricerca svolto all’Università di Trento. Di seguito saranno descritti i risultati emersi da una recente campagna sperimentale caratterizzata da elementi di innovazione che la distinguono dalle ricerche sperimentali già disponibili in letteratura.
Per i campioni di solaio sono state utilizzate travi in legno GL24h aventi una sezione relativamente tozza, tipica di una situazione esistente (160 x 200 mm), disposte ad interasse pari a 600 mm. Lo strato di completamento è stato realizzato con un tavolato disposto ortogonalmente rispetto alle travi ed avente uno spessore di 20 mm (Figura 1). Per l’intera campagna sperimentale è stato fatto riferimento ad un modulo di solaio comprendente una trave e la relativa porzione di soletta di competenza (600 mm). Tutti solai testati hanno una luce netta tra gli appoggi pari a 6.4 m.

In una delle prove sperimentali eseguite è stato impiegato un travetto di sezione 180 x 240 mm e l’elemento di rinforzo è stato poggiato direttamente sopra di esso, simulando il caso in cui il tavolato esistente venga rimosso prima della realizzazione dell’intervento di recupero. Per quanto riguarda l’elemento di rinforzo, due sono le soluzioni che sono state prese in considerazione. La prima prevede l’impiego di pannelli in legno multistrato a strati incrociati (X-Lam) di spessore pari a 99 mm (3 strati) e 57 mm (3 strati), la seconda l’uso di travi in microlamellare di faggio (ETA-14/0354) di dimensioni 50 x 280 mm disposte in configurazione sdraiata sopra al tavolato.

La connessione è stata realizzata con viti a doppio filetto (ETA-12/0132) di diametro 8.5 mm e lunghezza che varia da 150 mm a 300 mm a seconda dello spessore dell’elemento di rinforzo. Il corretto funzionamento di questo sistema di connessione prevede infatti che la parte liscia della vite compresa tra le due porzioni di filetto aventi passo e diametro esterno diverso si trovi in corrispondenza dell’interfaccia tra gli elementi da collegare. Tutte le viti sono state inserite a 45° e orientate in modo tale da sollecitarle a taglio-trazione quando la trave è caricata verticalmente (Figura 3).

Le travi sono state assemblate secondo un innovativo sistema di montaggio (Giongo et al., 2012) e su cui pende brevetto (VR2012A000195), che permette di realizzare travi composte precompresse caratterizzate da una contro-freccia iniziale ("monta") significativa (Figura 4), senza l’ausilio di elementi di puntellamento. Il metodo sfrutta la “pressione” esercitata da ogni singola vite attraverso una precisa sequenza di inserimento.

Si tratta dunque di un metodo di intervento reversibile, che può essere utilizzato in tutti quei casi in cui non sia possibile intervenire sulla parte intradossale del solaio. L’utilizzo di un elemento di rinforzo ligneo anziché una soletta in C.A., garantisce inoltre di mantenere contenuto l’incremento di peso del solaio. Il sistema è, tra l'altro, di rapida realizzazione ed essendo una procedura “a secco” non necessità di particolari accorgimenti in fase di realizzazione.

Le tre soluzioni studiate rispecchiano diverse esigenze di carattere progettuale. In particolare, la soluzione A è stata pensata per un solaio ligneo nel quale il rinforzo si rende necessario per un cambio di destinazione d’uso. Questo intervento è infatti indicato per la realizzazione di solai in grado di sopportare carichi di notevole entità. La soluzione B consente invece di mantenere contenuto lo spessore del pacchetto di rinforzo. Inoltre, l’utilizzo di un elemento collaborante relativamente snello ma sufficientemente resistente (la trave in microlamellare di faggio è classificata GL70, secondo quanto indicato nel certificato ETA-14/0354) garantisce il posizionamento in aderenza anche quando si va ad intervenire su solai esistenti notevolmente deformati. La soluzione C rappresenta infine una soluzione intermedia nella quale è stato rimosso lo strato di tavolato.

Si osserva che l’elevato spessore del pannello di rinforzo utilizzato nel caso A deriva dalla volontà dei ricercatori di testare le potenzialità dell’innovativo sistema di assemblaggio, massimizzando lo stato di coazione generato dalle viti. A tal proposito si ricorda che lo stato tensionale introdotto da ogni vite è proporzionale alla lunghezza della parte filettata, che deve essere dimensionata in funzione dell’elemento attraversato.
E’ inoltre interessante notare come la possibilità di applicare questa tecnica di intervento ad un caso reale dipenda dallo stato di conservazione delle travi esistenti e che la sua efficacia sia condizionata soprattutto dal comportamento della connessione utilizzata per collegare i differenti elementi componenti la struttura composta che si vuole realizzare (Piazza et al., 2009).

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