La verifica statica di elementi realizzati in legno strutturale esistente, massiccio o lamellare, richiede l’esecuzione di adeguate indagini e prove sul materiale per la caratterizzazione meccanica e tipologica del legno.
L’esecuzione di indagini e prove è necessaria per definire il Livello di Conoscenza della struttura e il relativo Fattore di Confidenza FC per la riduzione delle proprietà meccaniche del materiale.
In quest’articolo vedremo quali prove e indagini eseguire, ai sensi della Circolare 2019, per caratterizzare il legno strutturale esistente e definire il livello di conoscenza da utilizzare nel calcolo.
Gli elementi costruttivi in legno sono spesso presenti in edifici esistenti: solai, coperture e architravi in legno in costruzioni esistenti in muratura, cemento armato o acciaio. Pertanto se ti occupi di analisi di vulnerabilità di costruzioni esistenti molto probabilmente dovrai eseguire indagini e prove anche su elementi strutturali esistenti in legno.
Nel corso dell’articolo potrai scaricare gratuitamente l’app Woody, un’utile risorsa per l’esecuzione delle verifiche di resistenza sul legno strutturale esistente e un Focus Normativo PDF che raccoglie tutte le prescrizioni delle NTC2018 e Circolare 2019 sull’argomento. Continua a leggere per scoprire tutti i dettagli.
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Legno strutturale esistente: livelli di conoscenza e fattori di confidenza (FC)
La Normativa Tecnica definisce costruzioni in legno strutturale sia le opere realizzate interamente con struttura portante in legno (strutture intelaiate con travi e colonne in legno o strutture a pareti realizzate mediante pannelli in legno) sia singoli elementi costruttivi in legno presenti all’interno di costruzioni realizzate mediante altre tecnologie costruttive.
La necessità di dover analizzare elementi costruttivi in legno all’interno di costruzioni esistenti è molto frequente nella pratica professionale:
- verifiche statiche di solai in legno in costruzioni esistenti in muratura portante, cemento armato o acciaio;
- verifiche di architravi in legno in costruzioni esistenti in muratura portante;
- calcolo e verifica di coperture in legno in costruzioni esistenti in muratura o in altre tecnologie costruttive.
In tutti questi casi il progettista strutturale dovrà prevedere l’esecuzione di apposite indagini e prove sugli elementi esistenti in legno per poter definire il Livello di Conoscenza, il relativo Fattore di Confidenza da utilizzare per le verifiche di resistenza.
Livelli di Conoscenza LC1, LC2 e LC3
La Normativa Tecnica definisce tre Livelli di Conoscenza denominati come LC1, LC2, LC3. I livelli di conoscenza sono ordinati per informazioni crescenti sulla costruzione esistente. Al livello LC1 corrisponde una conoscenza minima della struttura esistente, al livello LC3 una conoscenza più approfondita. Ti riporto di seguito la descrizione dei tre livelli di conoscenza definiti dalla Normativa Tecnica:
- LC1: richiede l’esecuzione dell’analisi storico-critica, il rilievo geometrico completo, indagini limitate sui dettagli costruttivi e prove limitate sulle caratteristiche meccaniche dei materiali;
- LC2: richiede l’esecuzione dell’analisi storico-critica, il rilievo geometrico completo, indagini estese sui dettagli costruttivi e prove estese sulle caratteristiche meccaniche dei materiali
- LC3: richiede l’esecuzione dell’analisi storico-critica, il rilievo geometrico completo, indagini esaustive sui dettagli costruttivi e prove esaustive sulle caratteristiche meccaniche dei materiali.
La Normativa Tecnica consente al progettista di adottare Livelli di Conoscenza della struttura differenziati per la verifica sismica globale della costruzione e per la verifica in condizioni statiche di singoli elementi costruttivi. Per illustrarti meglio il senso e l’utilità di tale prescrizione ti propongo il seguente esempio.
Esempio: analisi di vulnerabilità sismica di un edificio esistente in muratura con solai in legno. Il progettista strutturale potrà decidere di adottare un livello di conoscenza LC1 (quindi meno oneroso dal punto di vista delle prove e delle indagini) per l’analisi sismica globale della struttura in muratura, mentre per la verifica statica dei solai in legno nei confronti dei carichi verticali potrà adottare un livello LC3, pianificando di eseguire un numero più elevato di prove e indagini sui soli solai in legno.
Per comodità ti riporto alcuni articoli utili del blog sui livelli di conoscenza e le relative prove e indagini da eseguire per strutture esistenti realizzate con altre tipologie costruttive:
- costruzioni esistenti in cemento armato;
- costruzioni esistenti in muratura;
- costruzioni esistenti in acciaio.
Fattori di confidenza FC
A ciascun livello di conoscenza corrisponde un fattore di confidenza FC per la riduzione dei parametri di resistenza del legno strutturale esistente:
- LC1 – fattore di confidenza FC = 1.35;
- LC2 – fattore di confidenza FC = 1.20;
- LC3 – fattore di confidenza FC = 1.00.
Al crescere delle informazioni disponibili sulla struttura esistente (da LC1 a LC3), diminuirà il fattore di confidenza FC (da 1.35 a 1.00) pertanto si ridurrà la penalizzazione della resistenza del materiale. Il fattore di confidenza riduce i parametri di resistenza del legno strutturale esistente secondo la seguente formula:
Xd = (kmod ∙ Xk / γM) / FC
- FC = fattore di confidenza.
- Xd = valore di progetto della generica proprietà di resistenza del materiale;
- Xk = valore caratteristico della generica proprietà di resistenza del materiale;
- γM = coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale;
- kmod = coefficiente correttivo che tiene conto della durata del carico e delle condizioni ambientali.
Legno strutturale esistente: indagini sui dettagli costruttivi
Veniamo al punto chiave di questo post: quali prove e indagini eseguire per il legno strutturale esistente? Nel seguito del post passeremo in rassegna i metodi più diffusi per l’esecuzione di indagini e prove.
Le indagini sul legno strutturale sono principalmente esami di tipo visivo che hanno lo scopo di individuare le zone deteriorate, ponendo particolare attenzione alle zone delle unioni legno-legno o delle unioni con altri materiali (ad esempio muratura).
Per le costruzioni esistenti in legno la Circolare 2019 non fornisce indicazioni utili alla definizione dei tre livelli di indagini limitate, estese o esaustive, a differenza di quanto prescritto per le costruzioni esistenti in cemento armato, muratura o acciaio.
Spetterà pertanto al progettista strutturale, sulla base della sua esperienza, definire il giusto grado di approfondimento delle indagini sul legno, in relazione al livello di conoscenza che si intende adottare.
Legno strutturale esistente: prove per la caratterizzazione meccanica
La Circolare 2019 definisce tre livelli di approfondimento per le prove da eseguire sul legno esistente, al fine di determinare le caratteristiche meccaniche, la specie legnosa e il livello di degrado. Si possono distinguere, in relazione al loro grado di approfondimento, tre livelli di prova:
- prove limitate: si tratta di indagini basate principalmente su esami visivi delle superfici, che comprendano almeno tre facce e una testata di ogni elemento dell’orditura primaria e secondaria e che prevedano limitati controlli degli elementi costruttivi e delle connessioni. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione;
- prove estese: si tratta di indagini visive diffuse sulle superfici degli elementi e sui collegamenti, accompagnate da alcuni controlli strumentali. Sono previste rimozioni locali dello strato di protezione per procedere a una valutazione dello stato di conservazione. Come controlli strumentali, sono almeno da prevedere alcuni controlli dell’umidità del materiale in zone specificatamente individuate come particolarmente sensibili.
- prove esaustive: si tratta di indagini visive diffuse e sistematiche, accompagnate da approfondimenti strumentali, eventualmente di tipo resistografico. Si prevedono analisi per l’identificazione della specie, la misura dell’umidità nel materiale e nelle zone di interfaccia con materiali diversi e l’analisi dei collegamenti, con valutazione dei fenomeni di degrado degli elementi di connessione. Tali analisi possono anche richiedere attività di laboratorio. È opportuno l’impiego di tecniche non distruttive o parzialmente invasive per valutare le caratteristiche meccaniche del materiale o individuare zone degradate al di sotto della superficie.
Per gli elementi in legno è importante identificare l’eventuale degrado di tipo biotico, ovvero il degrado causato dall’aggressione di insetti e funghi xilofagi. Particolare attenzione deve essere rivolta all’analisi del microclima nell’intorno di un elemento ligneo o di una sua parte in particolari condizioni di posa in opera, come ad esempio:
- testate di travi e capriate inserite nella muratura;
- elementi nascosti da controsoffitti;
- elementi lignei che appoggiano in fondazione.
Prove strumentali sul legno strutturale
La Circolare 2019 non specifica quali prove eseguire sul legno strutturale, ma prescrive genericamente l’esecuzione di controlli strumentali. Ti riporto di seguito un elenco sintetico delle principali prove strumentali che è possibile eseguire sul legno strutturale:
- estrazione di carotine: viene eseguite mediante il succhiello di Pressler, ovvero un carotatore manuale costituito da una trivella a doppia filettatura. Il foro lasciato nell’elemento avrà un diametro di 12 mm, mentre la carotina estratta avrà un diametro di 5 mm;
- penetrazione statica: consiste nel far penetrare a una profondità di 5 mm dalla superficie legnosa una piccola sfera di acciaio dal diametro di 10 mm . Misurando la forza applicata è possibile risalire alle proprietà fisico-meccaniche del legno;
- penetrazione dinamica: misurazione della profondità raggiunta da una punta sottile in acciaio infissa nella superficie legnosa da una molla tarata e caricata a mano;
- resistenza all’estrazione della vite: tale prova consiste nel misurare la forza di trazione necessaria per estrarre dal legno una vite autofilettante. La prova è idonea a valutare lo stato di conservazione del legno in superficie;
- trapani strumentati: strumento in grado di far penetrare una punta di acciaio armonico, di lunghezza 40 cm e diametro 3 mm, all’interno del legno e di rilevare la resistenza che il legno oppone all’avanzamento. Da tale prova si ottiene il profilo resistografico, ovvero un grafico che mette in relazione la resistenza del legno con la profondità.
Normativa Tecnica di riferimento per l’esecuzione delle prove sul legno
Nel testo della Circolare sono riportate le seguenti Normative Tecniche di riferimento per la corretta esecuzione delle prove sul legno strutturale:
- norma UNI 11118 per l’identificazione della specie legnosa;
- norma UNI 11119 per la valutazione dello stato di conservazione e del profilo resistente degli elementi in opera.
Scarica il Focus Normativo PDF sul legno strutturale esistente (indagini, prove e livelli di conoscenza)
Tutte le prescrizioni della Normativa Tecnica NTC2018 e della Circolare 2019 riguardanti i Livelli di Conoscenza, le indagini e le prove per il legno strutturale esistente raccolte in unico documento PDF scaricabile gratuitamente. Compila i campi qui sotto, riceverai all’istante un’email contenente il link per eseguire il download.
Scarica Woody: l’app per il progetto e la verifica di elementi in legno strutturale nuovi o esistenti
Esegui la verifica di resistenza e deformabilità di elementi strutturali esistenti in legno massiccio o lamellare. All’interno dell’app potrai selezionare il livello di conoscenza raggiunto e in automatico saranno ridotti i parametri di resistenza mediante il fattore di confidenza FC. Scarica l’app cliccando sul tasto qui sotto.
Conclusioni
Per l’analisi di vulnerabilità di costruzioni esistenti in muratura o cemento armato, il progettista strutturale dovrà pianificare un’apposita campagna di indagini e prove anche per gli elementi strutturali in legno nel caso siano presenti nell’edificio solai, coperture, architravi o altri elementi costruttivi realizzati con questo materiale.
Il progettista strutturale avrà la facoltà di decidere quale livello di conoscenza raggiungere per la verifica statica degli elementi costruttivi in legno e tale livello di conoscenza potrà essere diverso (inferiore o superiore) rispetto a quello prefissato per l’analisi sismica globale dell’edificio.
Spero che quest’articolo ti sia stato d’aiuto per chiarire gli aspetti relativi alle indagini e prove da eseguire sul legno strutturale esistente. Se l’hai trovato utile puoi suggerirlo ad un tuo collega su Linkedin o ad un tuo amico su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.
Al prossimo post.
Marco
