Risultati sperimentali di una ampia campagna di prove per il tracciamento di curve di correlazione dello sclerometro per legno Wood Pecker.

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1 Risultati sperimentali di una ampia campagna di prove per il tracciamento di curve di correlazione dello sclerometro per legno Wood Pecker. 1. Introduzione E di particolare interesse la conoscenza dello stato di conservazione degli elementi lignei ai fini delle indagini necessariamente propedeutiche ad ogni intervento di restauro o di riabilitazione strutturale. Nel caso degli edifici storico-monumentali è quasi sempre impossibile, per motivi di conservazione artistica, estrarre, sia pure in modo alterno, delle microcarote dall elemento (anche se di lunghezze limitate), per non compromettere l integrità della sezione. La conoscenza dello stato di conservazione dell intera sezione è condizione assolutamente necessaria poiché, nella quasi generalità dei casi, gli effetti aggressivi dei microrganismi (funghi, xilofagi, muffe, ecc.) che attaccano l essenza legnosa non sono rilevabili per segni evidenti. Di qui la necessità di istituire metodologie non distruttive che consentono di conoscere lo stato di conservazione dell elemento e le sue residue capacità meccaniche (parametri di resistenza e di deformabilità). Le attuali metodologie non distruttive si basano sulla valutazione dell energia necessaria per infiggere, a velocità costante, nel tessuto legnoso un tagliente di pochi millimetri di diametro e di porre in relazione tale assorbimento energetico con la densità del materiale sottoposto a prova [3]. Il problema è stato anche affrontato facendo penetrare una punta sottilissima attraverso l intero spessore dell elemento e registrando in continuo la resistenza offerta alla sua perforazione. Eventuali vuoti o difetti nel corpo legnoso sono evidenziati da bruschi appiattimenti del diagramma di avanzamento [5]. Infine, è stata proposta una prova di impronta [2] che valuta l entità della forza da esercitare su una punta sferica o conica di acciaio posta normalmente alla superficie laterale dell elemento in modo da dar luogo ad un prefissato valore dell affondamento. Queste apparecchiature si presentano piuttosto ingombranti e poco maneggevoli specie per l esplorazione di superfici curve, frequenti nelle ossature di interesse storicomonumentale. L apparecchiatura che si illustra in questo lavoro è sostanzialmente un penetrometro che utilizza uno sclerometro corredato da un astina che viene infissa nel tessuto ligneo con un prefissato numero di colpi. E possibile correlare l affondamento dell astina alle caratteristiche meccaniche, alla natura del materiale ligneo ed alla sua conservazione all interno dell elemento saggiato. 2. Descrizione del penetrometro. Il penetrometro qui descritto, denominato Wood Pecker, è un completamento di uno sclerometro tipo N (per calcestruzzo) a cui viene aggiunto sull asta di percussione una cuffia in acciaio capace di sostenere un puntale costituito da un astina in acciaio temprato

2 rettificato (durezza 60 Rockwell) a sezione circolare del diametro di 2,5 mm, di lunghezza pari a 50 mm (fuoriuscente dalla cuffia per 40 mm), con punta terminale troncoconica ad angolo di inclinazione di 35 (Figura 1). Figura 1 La cuffia in acciaio è facilmente removibile dall asta di percussione in modo da consentire la verifica del martello all incudine di taratura (il produttore dello strumento prescrive che la media di dieci battute sclerometriche all incudine deve essere = 80±2). Il puntale penetra nel corpo legnoso a seguito di un prefissato numero di colpi (cinque da eseguirsi in modo consequenziale) e vi rimane infisso allorquando si provvede al recupero del Wood Pecker. L entità della penetrazione viene misurata da apposito sistema di rilevazione. Lo strumento si presenta compatto e per il suo peso (circa 1100 grammi) particolarmente maneggevole per l impiego su materiali in opera. A misurazione effettuata, l astina di penetrazione può essere agevolmente recuperata dal corpo legnoso e l impercettibile traccia lasciata dalla sua impronta può essere facilmente sigillata con apposita resina. 3. Campagna sperimentale. Ai fini della messa a punto del penetrometro illustrato nel paragrafo 2 è stata condotta una campagna sperimentale su quattro essenze lignee [6], selezionate tra quelle di più largo impiego nelle costruzioni, e precisamente: Abete. Castagno. Pioppo. Rovere.

3 Per ciascuna essenza sono stati confezionati: n 5 provini cubici di 100 mm di lato su cui si è determinata la resistenza a compressione parallela alla fibratura (fc,0) esempio in foto 1 e 2; n 5 provini proporzionali a clessidra, aventi sezione trasversale di 20 mm 30 mm, per la determinazione del modulo di elasticità a trazione parallela alla fibratura (Et,0) e per la determinazione della resistenza a trazione parallela alla fibratura (ft,0) esempio in figura 2 ed in foto 3 e 4; n 5 provini prismatici di lunghezza 1300 mm a sezione quadrata di 80 mm di lato per la determinazione del modulo di elasticità a flessione (Em) e della resistenza a flessione (fm) esempio in figura 3 ed in foto 5, 6 e 7; n 5 provini prismatici di lunghezza 1300 mm e sezione quadrata di 80 mm di lato per la determinazione del modulo di taglio G metodo della luce singola esempio in figura 3 ed in foto 8 e 9. Tutte le prove sono state condotte seguendo le prescrizioni impartite dalla UNI EN 408:1997 Legno massiccio e legno lamellare incollato Determinazione di alcune proprietà fisiche e meccaniche. Preliminarmente all esecuzione delle prove di cui sopra, eseguite su ciascun provino prismatico, nelle stazioni di misura A1-A2/M1-M2/A3-A4 è stata effettuata la misura della penetrazione dell astina sotto la successione dei cinque colpi con inclinazione orizzontale del Wood Pecker. Dei risultati ottenuti si è effettuata la media in corrispondenza degli appoggi e della mezzeria, quindi la media complessiva. Questa operazione è stata effettuata sia a provino scarico contrastato contro parete sia a provino sollecitato da due forze di eguale intensità, eroganti complessivamente 700 dan (figura 4 foto 10), in modo da poter evidenziare l eventuale influenza dello stato tensionale. In entrambi i casi si sono evidenziati lievissimi scostamenti fra i risultati ottenuti. La procedura illustrata ha consentito di correlare la profondità di penetrazione con le caratteristiche elasto-meccaniche (fc,0 Et,0 ft,0 Em fm) dedotte successivamente sugli stessi provini, secondo la UNI EN 408:1997. Foto 1

4 Foto 2 E da avvertire che, come tutti i risultati di derivazione sperimentale, i dati ottenuti siano da intendersi provati nell ambito dei limiti fissati dalla sperimentazione e come, in linea di principio, non siano ammissibili estrapolazioni al di fuori dei limiti stessi. DETERMINAZIONE DEL MODULO DI ELASTICITA' A TRAZIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA (Et,0) E DELLA RESISTENZA A TRAZIONE PARALLELA ALLA FIBRATURA (ft,0) ABETE CAMPIONE N 4 Carico Lettura Lett. def. (N) (mm) (mm) 0 0,000 2, ,080 2, ,165 2, ,285 2, ,384 3, ,470 3, ,589 3, ,681 3, ,763 3, ,876 3, ,986 3, ,083 3, ,166 3, ,313 3, = F max Carico (N) ,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 Lettura (mm) L1 = 250 mm F max = N A = 600 mm 2 A = 600 mm 2 Et,0 = 9690 ft,0 = 47 Modulo di elasticità a trazione parallela alla fibratura Resistenza a trazione parallela alla fibratura Figura 2

5 Foto 3 Foto 4

6 L1 = 400 mm h = 79 mm a = I = 360 mm Base h ,1 mm 4 W = mm 3 DETERMINAZIONE DEL MODULO DI ELASTICITA' A FLESSIONE (Em) DETERMINAZIONE DELLA RESISTENZA A FLESSIONE (fm) DETERMINAZIONE DEL MODULO DI TAGLIO (G) - METODO DELLA LUCE SINGOLA Carico Freccia Carico Freccia Diagramma carico-freccia centrale (N) (mm) (N) (mm) 0 0,00 0 0, , , , , , , , , , , , , , ,21 0,00 0,50 1,00 1,50 2, ,44 Freccia centrale (mm) , Rottura ,86 Carico (N) Carico (N) Diagramma carico-freccia centrale ,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Freccia centrale (mm) Em = fm = 55 Em, app = 3912 G 251 Figura 3 Foto 5

7 Foto 6 Foto 7 Foto 8

8 Foto 9 SPECIE LEGNOSA: PROVINO N Abete DIMENSIONI DEL PROVINO 1 Peso Massa (m) (m) (m) (Kg) (Kg/m 3 ) 1,30 0,079 0,079 3, Temp. ( C) Umidità (%) 19,1 44 F/2 F/2 Figura A A1 A2 M1 M2 A3 A mm PROVE DI PENETRAZIONE AL CHIODO (dopo 5 battute) Posizione A1 16,00 Condizione: Provino A2 17,60 17,23 contrastato contro A3 16,70 appoggi parete A4 18,63 M1 16,47 16,70 M2 16,93 mezzeria Posizione A1 16,55 Condizione: Provino A2 18,34 17,55 caricato da 700 dan A3 15,38 appoggi totali (figura A) A4 19,91 M1 16,91 17,20 M2 17,49 mezzeria Lunghezza del chiodo = 50,01 mm 17,06 17,43 Figura 4

9 Foto Conclusioni. I dati ottenuti dalla campagna sperimentale vengono riassunti nelle tabelle 1 e 2 dalla cui ispezione, nota la profondità di penetrazione dell astina, è possibile ricavare un indicazione sulle caratteristiche elasto-meccaniche dell elemento ligneo saggiato. Specie legnosa Abete Castagno Pioppo Rovere Specie legnosa Provino contrastato contro parete appoggi 1 17,23 16,70 17,06 17,55 17,20 17, ,35 13,40 12,70 13,51 12,63 13, ,44 17,68 16,85 17,06 15,74 16, ,08 13,53 12,56 14,58 12,97 14, ,26 13,30 13,27 14,31 15,06 14, ,07 9,37 9,83 9,92 10,10 9, ,10 11,46 11,22 11,48 10,40 11, ,08 11,50 11,89 11,16 10,46 10, ,21 12,18 12,20 13,71 12,21 13, ,12 11,47 11,24 10,59 11,46 10, ,05 7,96 8,02 9,25 8,34 8, ,16 7,41 7,91 10,04 9,24 9, ,57 10,01 9,72 10,09 9,20 9, ,47 10,34 9,76 9,06 7,69 8, ,36 10,43 10,38 9,19 9,00 9, ,02 8,20 8,08 7,66 7,48 7, ,01 10,52 10,18 10,68 10,31 10, ,19 9,94 10,10 10,30 9,85 10, ,17 9,21 10,51 11,66 8,73 10, ,08 10,87 9,68 8,28 8,07 8, appoggi mezzeria mezzeria Provino contrastato contro parete Tabella 1: Riassunto dei risultati ottenuti Provino caricato da 700 dan totali (figura 1) appoggi Provino caricato da 700 dan totali (figura 1) appoggi mezzeria Tabella 2: Riassunto generale mezzeria Abete provini 14,27 14,92 14,49 15,40 14,72 15, , Castagno provini 11,32 11,20 11,28 11,37 10,93 11, , Pioppo provini 9,12 9,23 9,16 9,53 8,69 9, , Rovere provini 9,69 9,47 9,71 9,72 8,89 9, , Em Em fm fm G G Massa volumica Kg/m 3 fc,0 V US long. m/s Et,o Ed, stimato ft,o Bibliografia:

10 1. Zanon, P. Prove sulle strutture di legno recenti ed antiche. CIAS Seminario sul tema Attualità della sperimentazione per la conservazione dei materiali e delle strutture. Bolzano maggio 1991, pagg Turrini, G. Piazza, M. Indagini in situ per la determinazione delle caratteristiche meccaniche delle strutture lignee. CIAS Seminario sul tema Attualità della sperimentazione per la conservazione dei materiali e delle strutture. Bolzano maggio 1991, pagg Giuliani, E. Cubana, A. A penetration test to evalute wood decay and its application to the Loggia monument Materials and Structures, 1993, 26, Giordani, G. Tecnologia del legno vol. III, parte prima 2 edizione Unione Tipografica Editrice Torinese. 5. Resi Linea F Penetrometro da legno IML Instrumenta Mechanik Labor GmbH, Germania. 6. Menditto, G. Bufarini, S. D Aria V., con la collaborazione di Massaccesi M. Risultati sperimentali di una ampia campagna di prove per il tracciamento di curve di correlazione per lo sclerometro per legno in corso di pubblicazione agli atti del 11 Congresso Nazionale sulle Prove non Distruttive Monitoraggio Diagnostica, Milano ottobre 2005.