3.2 RISULTATI DELLE PROVE STATICHE
3.2.1 RIGIDEZZA DEI SINGOLI ELEMENTI
La rigidezza possiede un ruolo molto importante sulla distribuzione delle forze fra gli elementi strutturali che compongono una struttura, allo stesso modo in questo caso con le parti costituenti la trave composta. I componenti più rigidi tendono infatti ad assorbire quote maggiori di carico che vengono successivamente trasferite, in parte, agli altri elementi tramite il mezzo di connessione.
In questo paragrafo vengono riportati i risultati delle prove meccaniche, condotte sulla trave scavata e sui singoli pannelli, per la determinazione del modulo elastico a flessione locale (Eml) e del modulo elastico a
flessione globale (Emg). L’importanza di conoscere i valori iniziali di queste proprietà si ripercuote sulla
valutazione dell’efficacia dell’intervento d’irrigidimento (§ 1.4) e sulla progettazione dell’intervento stesso. Nella tabella 11, sono riportati i valori della rigidezza delle singole travi e dei rispettivi pannelli di rinforzo, calcolati come indicato in § 2.5.1, ottenuti dalle prove.
I valori di modulo elastico locale Eml, determinati per le travi sono da considerarsi poco attendibili e
caratterizzati da una alta percentuale di errore, dovuta essenzialmente al metodo di misura e ai difetti presenti. Infatti, la presenza di fessurazioni da ritiro passanti in corrispondenza del terzo medio, non consentiva di trasferire correttamente il carico applicato alla parte inferiore della trave delimitata dalla fessurazione stessa. Soprattutto per i campioni tozzi in cui la deformazione che viene misurata dal trasduttore posizionato in prossimità dell’asse neutro, è un valore molto piccolo e soggetto ad errori di misurazione (Nocetti et al. 2013; Ridley-Ellis et al. 2009), tanto che in certi casi l’abbassamento della linea elastica era pressoché nullo (vedere allegati A). La stessa problematica si è verificata anche quando il punto di fissaggio centrale, a cui era collegato il nucleo dell’LVDT, era collocato al di sotto della fessurazione passante. Malgrado il risultato sia stato ottenuto dalla media con la deformazione misurata dal trasduttore sistemato sul lato opposto, ciò ha comportato valori di Eml alti e poco attendibili (dati evidenziati in corsivo
nella tabella 11). La poca affidabilità nella misurazione del modulo elastico locale e lo scarso utilizzo pratico per questo tipo d’intervento di rinforzo, ci induce a utilizzare questi risultati come puramente indicativi, ma non rappresentativi delle caratteristiche di rigidezza della trave, in particolare del suo terzo medio.
Tabella 11 – Risultati delle prove statiche per la determinazione delle proprietà di rigidezza dei singoli elementi.
In corsivo sono evidenziati i valori del modulo elastico locale considerati non attendibili.
Trave Pannello
Numero Eml Emg_t Emg_tIt Numero Eml Emg_r Emg_rI
N MPa MPa kNm2 N MPa MPa kNm2
T01 6876 3816 982,1 B1 18786 18036 439,6 T02 12862 7267 473,3 B2 17811 17810 121,7 T03 15138 10197 1222 B3 17547 17801 249,1 T04 9174 5744 1065 R4 26359 24221 482,6 T05 10590 6463 1295 R5 29181 26814 482,6 T06 5313 3945 686,8 B6 18712 18610 340,8 T07 6794 5922 563,1 B7 18686 18580 214,3 T08 6486 4901 1077 B8 18587 17676 414,2 T09 5986 3233 615,4 B9 18653 18279 364,2 T10 18663 9253 2915 B10 18160 17823 517,0 Simboli e abbreviazioni sono riportati nell’apposito indice alle pagine V-VII.
Viceversa, la misurazione dell’abbassamento globale, grazie anche alla ripetizione delle prove, non ha mai comportato difficoltà. I valori del coefficiente di determinazione della retta di regressione individuata per il tratto lineare del grafico carico-deformazione è sempre stato pari a 0,99 o migliore, come indicato dalla norma EN 408. Grazie alla più alta attendibilità della misurazione e la maggiore significatività in termini pratici, il modulo elastico globale è in grado di descrivere adeguatamente le proprietà di rigidezza dell’intera trave ed è quindi quello che è stato successivamente impiegato per la determinazione dell’efficacia dell’intervento di rinforzo.
Come si può vedere dalla tabella 12, la quale riporta i parametri statistici descrittivi di Eml e Emg di tutti gli
elementi provati, il modulo elastico locale risulta essere mediamente più elevato. Ciò è dovuto al fatto che all’interno dei punti di applicazione del carico non è presente la deformazione di taglio e il relativo effetto sulla freccia misurata, che influisce invece sulla freccia globale (dove, non conoscendo G si è applicata una formula semplificata che non considera il contributo della deformazione di taglio alla freccia complessiva), oltre al problema dell’alterazione della misura della freccia, come indicato sopra, causata dalle fessurazioni presenti. Non considerando nel calcolo del modulo elastico globale l’abbassamento dovuto al taglio i valori di Emg risultano inferiori rispetto al reale. Tale differenza si può notare meglio per il pannello Ranprex il
quale, pur essendo un materiale esente da difetti, più omogeneo e con un coefficiente di variazione basso (pari al 5%) nel confronto tra i moduli elastici, presenta una differenza tra i valori medi di Eml e Emg_R di
circa 2200 MPa a favore del primo. Per quanto concerne invece il pannello BauBuche tale differenza è minima (290 MPa), in quanto per il calcolo di Emg_B è stato possibile utilizzare il valore del modulo di taglio
medio dichiarata dal produttore e con quello correggere il valore di E determinato tramite misura. Il coefficiente di variazione dei valori di Emg_t e Eml delle travi risulta essere elevato e ciò esprime un’alta
variabilità del campione. Tale variabilità, che invece risulta minima per entrambi i prodotti utilizzati per il rinforzo, potrebbe incidere sull’effetto dell’azione d’irrigidimento portando risultati differenti per i singoli casi analizzati.
Tabella 12 – Parametri statistici descrittivi delle proprietà di rigidezza delle travi e dei pannelli di rinforzo
Elemento Trave BauBuche Ranprex
Proprietà Eml Emg_t Eml Emg_B Eml Emg_R
Valore medio (MPa) 9788 6074 18368 18077 27770 25518 Valore minimo (MPa) 5313 3233 17547 17676 26359 24221 Valore massimo (MPa) 18663 10197 18786 18610 29181 26814 SD (MPa) 4813 2464 488,3 373,6 / / CV (%) 49% 41% 3% 2% / /
N 10 10 8 8 2 2
Il valore medio di Emg_t risulta essere molto basso (6074 MPa), ad esempio in riferimento alla norma EN
338:2013, che riguarda il legname strutturale nuovo, dove la classe di resistenza più bassa relativa alle conifere è la C14, la quale presenta un limite minimo di Em,0,mean (modulo elastico a flessione parallelo alla
fibratura) pari a 7000 MPa. Entrambi i pannelli di rinforzo mostrano invece dei valori di E superiori a quelli indicati nelle rispettive schede di accompagnamento: 16800 MPa per il BauBuche e 20000 MPa per il Ranprex. In questo caso la variabilità dei risultati è molto bassa.
Depurando i valori di Emg_t delle singoli travi dallo schiacciamento misurato agli appoggi (Emg_T), come
risultante dalle determinazioni effettuate secondo il § 2.5.3.1, si registra un generale incremento dei risultati. Solo la trave T07 la quale rispettava le geometrie di prova indicate dalla EN408 e possedeva una sezione regolare, senza deformazioni e priva di degradamento, non ha riportato alcun incremento del valore di Emg_t
inizialmente misurato. La decurtazione di tale abbassamento è stata eseguita sottraendo al coefficiente angolare del tratto lineare del grafico carico-deformazione (kg_t)misurato nelle prime prove, il coefficiente
unitario di schiacciamento (ks in N/mm) misurato nelle prove finali, in relazione alla stessa differenza di
carico (P1 – P2) utilizzata per il calcolo di kg_t. Il valore di Emg_T è stato quindi ricalcolato con l’equazione
13 e i risultati sono riportati nella tabella 13.
Il grafico raffigurato nella figura 43 riporta i valori del modulo elastico globale delle travi in base alla categoria assegnata dalla norma UNI 11119 dopo la realizzazione della scanalatura. Un generale decremento di Emg_t può essere osservato, procedendo dalla categoria migliore (I) a quella peggiore (III), a
dimostrazione della relazione esistente tra modulo elastico e categoria assegnata.
Confrontando i risultati riportati nella tabella 13, si osserva come il valore medio del modulo elastico globale di tutti gli elementi e delle relative categorie di classificazione aumenta in maniera crescente in relazione alla categoria assegnata e quindi alle caratteristiche qualitative delle travi: 449 MPa di aumento per la I, 453 MPa per la II e 555 MPa per la III. Infine, considerando l’intero campione di travi si registra una diminuzione del coefficiente di variazione rispetto alla tabella 12 (da 41,0% a 37,4%).
Figura 43 – Campo di variazione e valore medio di Emg_t, per le categorie I, II e III indicate dalla norma UNI
11119. (S = scartato).
Tabella 13 – Risultati di Emg _T delle travi depurati dallo schiacciamento misurato in prossimità degli appoggi. In
corsivo sono evidenziati i valori di Emg_t non corretti e quindi determinati con l’equazione 12.
Categoria Tutti I II III S
Proprietà Emg_T Emg_T Emg_T Emg_T Emg_T
Emg_t medio (MPa) 6074 7468 5671 5134 5922
Valore medio (MPa) 6511 7917 6124 5689 5922 Valore minimo (MPa) 3836 6077 4055 3836 / Valore massimo (MPa) 10747 10747 10091 7918 / SD (MPa) 2443 2488 3437 2067 / CV (%) 37,4% 31,4% 56,1% 36,3% /
N 10 3 3 3 1