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LA POST-PRECOMPRESSIONE COME MEZZO SPECIFICO DI RINFORZO DELLE STRUTTURE ESISTENTI

Scopo della presente nota è far rilevare come la tecnica della precompressione, se consente soluzioni razionali ed economiche nelle costruzione ex novo, offre risultati altrettanto interessanti, quando si ha necessità di operare su manufatti preesistenti. Capita frequentemente di dover risolvere problemi statici dati da strutture portanti che, per i motivi più disparati, non sono più in grado di sopportare i carichi che vi gravano. La prima decisione da prendere riguarda la temuta eventualità di dover demolire e ricostruire la struttura con tutti problemi che ciò può comportare. E’ allora che la tecnica della precompressione può rivelarsi estremamente utile in quanto, evitate in toto le demolizioni e quindi i disagi e problemi conseguenti, può trasformare quella che era una struttura inefficiente, in una che offre poi tutte le necessarie garanzie. Si deve, in questo caso parlare di post-precompressione perchè si tratta di una tecnica applicata molto tempo dopo la costruzione della struttura ma comunque prima essa sia caricata.
Quelle che si descrivono non sono metodologie nuove essendo da molto tempo adottate con successo. Si vuole semplicemente far rilevare quali importanti vantaggi possono derivare da una loro sistematica applicazione a strutture esistenti.
Un caso tipico è quello che riguarda le travi portanti siano esse in cemento armato, in acciaio od anche in legno.
Nei primi due casi si tratta di aggiungere alla esistente struttura dei cavi di precompressione, di metterli in tiro e quindi di ancorarli secondo le regole correnti. Da tenere presenti anche la modalità di posa dei cavi già collaudate in molteplici applicazioni reali e che differiscono leggermente da caso a caso. L’applicazione più facile e di sicuro successo è il rinforzo delle putrelle in acciaio. La tecnica, in questo campo, è stata affinata e se ne ritrovano pubblicati molti esempi. Ad esempio l’ing. Vincenzo Nuziata su Internet Illustra con dovizia di particolari ed anche con esempi di travi reali, sia le modalità di posa, sia quelle di calcolo e ne elenca tutti i vantaggi. In pratica si tratta di saldare ai due lati dell’anima della trave a doppio T o di qualsiasi altra sezione, dei robusti supporti metallici muniti di gole di scorrimento delle guaine dei cavi che vanno ad interessare, secondo un tracciato ben definito, tutta la lunghezza del profilato. La messa in tiro dei cavi realizza la precompressione dell’acciaio migliorandone notevolmente (vedi fi.1 allegata) la statica.
Nel caso si debbano rinforzare delle travi in cemento armato la posa dei supporti con le gole di passaggio delle guaine, del tutto analoghi a quelli citati parlando delle travi in acciaio, è un po’ più difficoltosa e richiede quindi delle semplificazione di tracciato, fermi restando in ogni caso i vantaggi ottenibili (vedi fig. 2).
Per le travi in legno si devono distinguere quelle di piccola sezione, come sono ad esempio quelle che costituiscono i comuni solai, per le quali la precompressione ed il rinforzo possono essere ottenuti aggiungendo superiormente una nuova struttura in legno posta in opera con le particolari modalità che sono in dettaglio spiegate nell’apposito articolo di questo sito, oppure le travi di grande sezione e grande luce per le quali la metodologia è analoga a quella indicata per le travi in acciaio. Ovviamente in questo caso, i supporti in ferro destinati a trasmettere alla trave le sollecitazioni dei cavi tesi, saranno fissati in maniera adeguata al materiale ligneo di cui si tratta e, preferibilmente, con barre filettate che attraversando la trave per tutta la sua larghezza ne garantiscono l’ancoraggio. Nella progettazione di quest’ultimo tipo di rinforzo, che non risulta mai effettuata, si dovrà tenere presente la elasticità propria del legno che potrebbe consigliare l’uso di cavi di precompressione anch’essi aventi una certa elasticità quali possono anche essere le comuni funi metalliche.
In ognuno dei casi esaminati si dovranno seguire le regole della buona tecnica di precompressione e pertanto, i cavi, opportunamente dimensionati e staticamente verificati, saranno sempre contenuti entro guaine adottando tutti gli accorgimenti per la loro protezione e per l’ancoraggio di estremità. La loro tesatura tramite martinetto posto sopra la trave è agevole solo se non è impedita dalle murature di testata. Quando ciò avviene a causa delle esistenti strutture in elevazione si deve far uso di pulegge per il rinvio del tiro.
Un buon esempio di reale applicazione della post-precompressione in argomento è quello del rinforzo di una travata di un vecchio cavalcavia mestrino illustrata nella foto allegata. Il cavalcavia, oberato dagli anni e a rischio per l’ingente traffico, è stato rinforzato sottoponendo a precompressione tutte le vecchie travi in origine costituite in normale calcestruzzo armato. L’opera così rinforzata da oltre 10 anni, ha svolto e sta’ svolgendo il suo compito senza inconveniente alcuno.
Si è descritto quale potrebbe essere una metodologia semplice ma di sicuro risultato per la sistemazione e rinforzo di vecchie travi.
Nella presente nota si sono volutamente tralasciate altre e più raffinate soluzioni che richiedono materiali ed una tecnica altamente specialistica come ad esempio l’impiego di fibre di carbonio con un metodo di precompressione brevettato in Austria e dalla quale si ottengono risultati straordinari nel rinforzo delle travi in acciaio o in cemento armato oppure l’aggiunta di profilati in acciaio che consentono un ripristino razionale di travi in legno in quanto si tratta di abbinare due materiali, appunto il legno e l’acciaio che possono benissimo convivere. Non si condivide invece una metodologia, peraltro molto diffusa, con cui si fanno convivere materiali eterogenei come il cemento armato ed il legno. Si tratta di incastrare alla trave di legno una nuova nuova e sovrastante soletta in cemento armato avente il compito di assorbire gli sforzi di compressione mentre la vecchia trave deve assorbire esclusivamente quelli di trazione con una combinazione di un materiale cosi flessibile come il legno con un’altro molto più rigido da cui non possono che derivare, come del resto chi scrive ha avuto modo di accertare in esempi effettivamente realizzati, lesioni di vario genere che finiscono per compromettere seramente i risultati ottenibili.
Altri articoli dello stesso autore su argomenti vari possono essere letti su questo stesso sito.

Fig. 1 = Trave in acciaio post-precompressa

 

Fig. 2 = Trave in C.A. post-precompressa

 

Trave in legno post-precompressa

 

Fig. 4 = Travi in C.A. post-precompresse

 

Fig. 5= Esempio di post-precompressione

 

 

 

 

 

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SOLAI IN LEGNO A T O A DOPPIO T PREFABBRICATO E RESISTENTE AGLI EVENTI SISIMICI

1) ASPETTI GENERALI

Le leggi italiane contemplano regole volte non solo al rispetto della civile convivenza dei cittadini ma nello stesso tempo a promuovere la razionalità di molte loro azioni. In altri termini si constata come le leggi ci tutelino da ogni possibile azione delittuosa ed al tempo stesso promuovano un progressivo miglioramento del modo di vivere.
Lo si nota anche nel campo specifico delle costruzioni edilizie che forma l’oggetto specifico della presente nota. Si distinguono, ad esempio, le norme antisismiche entrate in vigore da qualche decina d’anni le quali, se da un lato impongono delle regole restrittive per l’edificazione, dall’altro tutelano la sicurezza degli abitanti delle case sorte dopo l’entrata in vigore della legge stessa. Infatti si dimostra come per gli edifici eretti in data anteriore nessuno né proprietario né costruttore, in difetto della legge, si sia preoccupato dei disastrosi effetti che eventuali eventi sismici possono provocarvi nel mentre gli altri edifici, costruiti appunto in ossequio delle disposizioni antisismiche, offrono una notevole sicurezza anche durante i terremoti.

 

2) DISPOSIZIONI DI LEGGE SUI SOLAI IN LEGNO

Destano una grande meraviglia le regole emanate recentemente allo scopo di consentire l’impiego di solai un legno nella costruzione di nuove case ubicate nelle aree a rischio sismico, impiego che fino a pochi anni or sono era assolutamente vietato essendo quella in legno considerata, ai fini citati, una struttura assolutamente inefficace. La novità consiste nel fatto che, per poter assegnare ad un normale solaio in legno le necessarie doti di antisismicità, si sia scelta la strada, a mio avviso assolutamente errata, di aggiungere sopra il normale solaio una soletta in cemento armato di piccolo spessore la quale trasformi le travi in legno a sezione rettangolare in altrettante travi a T di tipo misto legno-calcestruzzo e che sarebbero dotate di buona resistenza agli sforzi. A detta dei promotori ne risulterebbe una struttura perfetta in quanto atta ad assolvere pienamente i due ruoli ” trazione e compressione” scindendoli nettamente tra di loro e cioè affidando il primo alla parte in legno posta sotto l’asse neutro e la seconda al calcestruzzo posto sopra (la soletta di 5-6 cm di spessore che forma l’ala del T) che molto bene si presta a vincere gli sforzi di compressione. Le due strutture sono tra loro collegate da pioli in ferro destinati a contrastare gli sforzi di taglio.
Ad avviso di chi scrive, pur se in questi ultimi anni molto adottato, si tratta di un abbinamento assolutamente sconsigliabile per molteplici motivi. Prima di tutto è errato pensare che il legno sia una struttura in grado di lavorar bene a trazione cioè a svolgere l’azione che normalmente è affidata al ferro che è dotato di ben altra resistenza alla trazione medesima. Le caratteristiche del legno, come ben noto, sono completamente diverse.
In secondo luogo le due strutture hanno caratteristiche molto differenti tra di loro essendo il legno caratterizzato da una notevole flessibilità cui si contrappone la notevole rigidità della cappa in cemento armato. Le inevitabili flessioni del legno, sottoposto ad un ruolo per nulla congeniale come quello di dover lavorare a trazione, non possono essere sopportate dalla rigida cappa in calcestruzzo che finirà quindi per fessurarsi producendo un danno grave a tutta la struttura. Sussiste inoltre il pericolo che le citate oscillazioni del solaio, oltre alla fessurazione della cappa superiore in c.a. di cui si è detto, provochino anche uno scorrimento dei pioli in ferro rispetto alla loro sede lignea con una possibile ovalizzazione dei fori destinati a realizzare l’incastro dei pioli stessi nelle travi in legno sottostanti. Ne risulta gravemente compromessa la resistenza al taglio dell’armatura in ferro e quindi la robustezza dell’intero solaio come si è potuto constatare dalle fessurazioni gravi che sono comparse in pochi anni in strutture effettivamente realizzate secondo le modalità non condivisibili di cui sopra. Si può concludere che la soletta in calcestruzzo solo in linea teorica collabora con il legno mentre nella realtà essa rappresenta solo un notevole sovraccarico passivo con pochi elementi in attivo.
Una volta constatato che la regola imposta dalle vigenti leggi per la costruzione di solai in legno nelle zone ad alta sismicità non è, come descritto, molto corretta ma ritenendo al tempo stesso che i solai in legno debbano rappresentare una risorsa notevole che non può essere trascurata, non resta che definire una loro diversa modalità costruttiva atta a dare al solaio in legno le necessarie caratteristiche.
La proposta che viene qui avanzata ne presenta, a giudizio di chi scrive, tutte le garanzie.

 

3) LA SOLUZIONE PROPOSTA

Come risulta dalla sezione trasversale di cui alla figura, il nuovo solaio è composto da travi a T totalmente in legno essendo formate da una trave rettangolare in legno massiccio oppure di tipo lamellare di sezione variabile a seconda delle funzioni che deve svolgere, intimamente collegata ad una larga ala superiore, anch’essa in legno ma necessariamente di tipo lamellare e con particolari caratteristiche data la duplice necessità di farla lavorare a compressione ed al tempo stesso di rendere monolitico l’intero solaio. Per vincere gli sforzi di taglio che tenderebbero a separare le strutture, vengono inseriti dei pioli verticali in tondino di ferro che attraversano i vari strati di legno cui sono solidamente connessi tramite opportune colle o resine, il tutto dimensionato in funzione dei carichi che il solaio deve sostenere. L’ala sarà formata da tre strati di lamelle da 2 cm di spessore sovrapposti ed inoltre con la venatura del primo e terzo strato disposta in direzione parallela all’asse longitudinale della trave e quindi atta a lavorare correttamente, mentre quella intermedia è posta a 90° allo scopo di costituire una struttura a vena incrociata che resiste alla componente orizzontale degli sforzi qualsiasi ne sia la direzione. L’ala così concepita sarà pertanto in grado di sopportare sia le normali forze longitudinali di compressione dovuti al sovraccarico del solaio e sia a quelli del terremoto qualunque ne sia la direzione. Da rilevare l’importanza che in questo senso riveste la presenza dei pioli in ferro che garantiscono un ottimo collegamento tra i tre strati che compongono, con andamento alterno di venatura, la struttura lamellare .

I bordi longitudinali dell’ala saranno conformati ad incastro in modo da realizzare, tramite incollaggio e con aggiunta di apposite viti applicate dal basso, un efficace collegamento trasversale di tutte le travi. Una volta poste in opera affiancando accuratamente le travi a T le une alle altre, risulta compiutamente realizzato un solaio che, oltre a sopportare i carichi soprastanti, è in grado di costituire un importante struttura monolitica atta a limitare efficacemente i danni delle scosse di terremoto. Allo scopo lungo tutto il suo perimetro e quindi sia in senso longitudinale che trasversale, il nuovo solaio sarà collegato alle strutture portanti dell’edificio tramite un cordolo in cemento armato cui il solaio sarà connesso da adeguate zanche in ferro annegate nel calcestruzzo ed avvitate al solaio stesso. Superiormente il solaio presenta una liscia superficie finita atta a costituire una perfetta pavimentazione lignea che può essere utilizzata così come è previa una semplice verniciatura o con applicazione della normale cera da pavimento. Nel caso lo si preferisca, è possibile sovrapporre un qualsiasi tipo di pavimentazione da incollare al solaio oppure da porre in opera con gli usuali sottofondi.
Inferiormente la struttura si presenta come un normale solaio in legno con travi ad interasse di 55 cm e soprastante corrente soffittatura in legno.

 

4) LA COSTRUZIONE IN SERIE DELLE TRAVI A T O A DOPPIO T

Se si osserva attentamente la struttura proposta ci si accorge che essa costituisce la variante lignea dei solai in calcestruzzo con travi a T o a doppio T che tanto successo hanno ottenuto nella realizzazione di grandi solai. In maniera del tutto analoga la proposta qui avanzata potrebbe prevedere la costruzione in serie di travi sia a T della larghezza utile di 55 cm oppure anche a doppio T della larghezza doppia di quella indicata e cioè pari a 1,10 metri che offrirebbero il vantaggio di un montaggio ancora più rapido.

 

5) CONCLUSIONI

Descritti i notevoli inconvenienti imposti dalle vigenti leggi per poter costruire edifici antisismici muniti di solai in legno, si è studiata una struttura lignea alternativa atta a realizzare un solaio che, costituendo una struttura monolitica opportunamente incastrata nelle opere murarie, possiede interamente i richiesti requisiti di antisismicità.
Essendo costituito in toto da elementi prefabbricati è caratterizzato da notevoli doti di praticità e velocità di posa in opera realizzando una struttura di per sé molto elegante sia inferiormente dove si presenta come un normale solaio in legno e sia nel piano di calpestio che risulta ottimamente finito ma anche suscettibile di sovrapposizione di qualsiasi ulteriore pavimentazione sia lignea che di altro tipo.
L’autore della nota si augura che la soluzione proposta abbia ad incontrare lo stesso interesse di quella intitolata “RINFORZO VECCHI SOLAI IN LEGNO TRAMITE PRECOMPRESSIONE” visibile anch’essa nel presente sito ed anche su http://lnx.costruzioni.net/ e su http://www.edilweb.it/ la quale costituisce una maniera originale, razionale ed economica per rinforzare i solai in legno esistenti.

Giugno 2011

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