COPERTURA IN LEGNO CASTELLO DI XXXXXXX

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1 COPERTURA IN LEGNO CASTELLO DI XXXXXXX RILIEVO - INDAGINI DI LABORATORIO - VERIFICHE STRUTTURALI PROVA N / GE Committente: Tecnico Comunale: Consulenti: Relatori: Comune di XXXXXX arch. XXXXXXXX ing. XXXXXXX arch. XXXXXXXX ing. Enrico Cabella ing. Manuel Sommariva Castello di XXXXX Rif: 3541 / GE Bolzano, 11 gennaio 2007

2 INDICE 1 PREMESSA ACQUISIZIONE LASERSCANNER INDAGINE RESISTOGRAF INDAGINI DI LABORATORIO Determinazione del modulo di elasticità a flessione globale Determinazione della resistenza a flessione Determinazione della resistenza a compressione VERIFICA ELEMENTI STRUTTURALI Travetto di copertura Trave di copertura Displuvio di copertura CONSIDERAZIONI TECNICHE FINALI ALLEGATI CD con Rilievi Laserscanner ed ortofoto Misure Resistograf Certificati di laboratorio Castello di XXXXXX pag. 2 di 49

3 1 PREMESSA La Società 4 EMME Service S.p.A., specializzata nell esecuzione di prove sperimentali su strutture, è stata incaricata dall ing. XXXXXXX, consulente del Comune di XXXXXX, di eseguire delle acquisizioni laserscanner, una serie di indagini di laboratorio e delle valutazioni teoriche sulla copertura lignea del Castello di XXXXX. Le indagini e le elaborazioni sono state eseguite nei mesi di novembre-dicembre 2006 dall ing. Enrico Cabella, ing. Manuel Sommariva, P.I Roberto Repetto e dall ing. Settimo Martinello. Alle prove ha assistito l arch. XXXXXXX quale tecnico Comunale oltre all ing. XXXXXXX e l arch. XXXXXXX. Castello di XXXXXX pag. 3 di 49

4 2 ACQUISIZIONE LASERSCANNER E stato utilizzato il laserscanner 3D FARO modello HE80 con le seguenti caratteristiche tecniche: Visualizzazione verticale: 320 Visualizzazione orizzontale: 360 Risoluzione verticale: 0,00090 Risoluzione orizzontale: 0,00076 Massimo numero di punti: 167 E9 L acquisizione prevede il posizionamento dello strumento sul treppiede telescopico la cui base è disposta orizzontalmente mediante un controllo con bolla sferica. Il rilievo tridimensionale avviene attraverso la memorizzazione delle misure sul computer collegato al laser scanner impostato con i parametri di acquisizione tra cui l area e la risoluzione richiesta. Il risultato è una nuvola di punti ad ognuno dei quali sono associate le coordinate spaziali e le informazioni sul colore. Dalla nuvola di punti è possibile ricavare sezioni o interi modelli tridimensionali degli spazi analizzati. Esempio di acquisizione interna Castello di XXXXXX pag. 4 di 49

5 Il rilevo eseguito all interno della copertura è stato realizzato mediante una serie di acquisizioni in ognuna delle stanze interessate dall indagine. Nelle elaborazioni delle pagine successive si riporta per ogni stanza: l acquisizione laserscanner 3D; l immagine a 360 della riflettanza; la planimetria in scala 1:200; l ortofoto in scala 1:50; la planimetria e la sezione estratta. Castello di XXXXXX pag. 5 di 49

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22 Nelle tabelle successive si riportano le caratteristiche degli elementi selezionati per la verifica statica. Le misure degli elementi sono i minimi rilevati nelle sezioni di controllo. Stanza Elemento TABELLA 1 - Travetti Luce [m] Sezione b x h [cm x cm] Interasse [m] 1 A1 1,60 6,0 x 6,5 0,42 2 A2 1,68 6,5 x 6,5 0,42 3 A3 1,66 6,5 x 6,5 0,45 4 A4 1,90 6,0 x 6,5 0,38 5 A5 2,00 6,0 x 6,0 0,42 6 A6 1,80 6,5 x 6,0 0,39 7 A7 1,85 6,5 x 6,5 0,39 7 A8 1,65 6,0 x 6,0 0,42 TABELLA 2 - Travi Stanza Elemento Luce [m] Diametro [cm] 1 B1 3, B2 2, B3 3, B4 4, B5 5, B6 2, B7 4, B8 3, B9 4,08 21 Castello di XXXXXXXX pag. 22 di 49

23 3 INDAGINE RESISTOGRAF E stato utilizzato il penetrometro RESI serie F-400. Lo strumento misura la resistenza alla penetrazione di una punta, di lunghezza 30 cm con diametro 3 mm, che avanza con un movimento combinato di rotazione e velocità costante. Durante l esecuzione della prova i dati misurati sono registrati su una striscia di carta chimica, dove: l asse delle ordinate esprime la resistenza alla penetrazione espressa in percentuale rispetto alla resistenza massima; l asse delle ascisse riporta la posizione della punta lungo il suo avanzamento. Lo strumento è fornito di un apposito adattatore che consente la perforazione a 45 rispetto alla base di contatto. I risultati sono stati riportati in apposite stampe allegate alla relazione di cui si presenta un esempio. Castello di XXXXXXXX pag. 23 di 49

24 Le tabelle riportano le specifiche operative delle sezioni indagate le cui posizioni sono riportate nelle successive tavole grafiche.. TABELLA 3 Travetto Punto Misura N Posizione di penetrazione verticale da sotto, parte bassa 2 46 verticale da sotto, parte media 3 47 verticale da sotto, parte alta 1 22 parte bassa verticale da sotto 2 23 parte media verticale da sotto 3 24 parte alta verticale da sotto 1 11 parte bassa verticale 2 12 verticale da sotto 3 13 verticale da sotto Castello di XXXXXXXX pag. 24 di 49

25 TABELLA 4 Zona Punto Misura N Posizione di penetrazione 1 1 orizzontale da destra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a orizzontale da sinistra con adattatore a verticale da sotto 2 5 orizzontale da sinistra 1 6 orizzontale da destra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a orizzontale da sinistra con adattatore a orizzontale da sinistra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a da sotto verticale, con adattatore a da sotto verticale, con adattatore a orizzontale da sinistra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a orizzontale da sinistra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a verticale da sotto, con adattatore a orizzontale da destra, con adattatore a verticale da sotto, con adattatore a orizzontale da destra, con adattatore a verticale da sotto con adattatore a da sotto, con adattatore a orizzontale da destra con adattatore a verticale da sotto con adattatore a orizzontale da destra 2 34 verticale da sotto orizzontale da destra 2 38 verticale da sotto verticale da sotto 2 40 orizzontale da destra orizzontale da destra 2 42 verticale da sotto orizzontale da destra 2 44 verticale da sotto Castello di XXXXXXXX pag. 25 di 49

26 Nelle tabelle seguenti si riportano i dati più significativi. Travetto Punto Misura N Zona Punto Misura N TABELLA 5 Profondità Sviluppo zone max. senza resistenza [cm] [cm] Sviluppo zone con riduzione resistenza [cm] TABELLA 6 Profondità Sviluppo zone max. senza resistenza [cm] [cm] Sviluppo zone con riduzione resistenza [cm] Castello di XXXXXXXX pag. 26 di 49

27 Zona Punto Misura N Profondità max. [cm] Sviluppo zone senza resistenza [cm] Sviluppo zone con riduzione resistenza [cm] zona 11 zona 10 zona 9 travetto 2 zona 8 zona 7 zona 6 zona 5 zona 4 travetto 3 zona 2 zona 3 zona 1 Planimetria 1 Castello di XXXXXXXX pag. 27 di 49

28 zona 14 zona 15 zona 13 zona 12 Planimetria 2 zona 16 travetto 1 zona 17 zona 18 Panimetria 3 zona 19 Castello di XXXXXXXX pag. 28 di 49

29 4 INDAGINI DI LABORATORIO Dalla copertura della struttura in oggetto sono stati prelevati 3 elementi lignei sui quali, presso il Laboratorio prove materiali autorizzato 4EMME Service S.p.A., sono state eseguite una serie di prove finalizzate alla valutazione di alcune caratteristiche meccaniche. Le prove eseguite sono state: determinazione del modulo di elasticità a flessionale globale; determinazione della resistenza a flessione; determinazione della resistenza a compressione parallela alla fibratura. I 3 elementi, denominati travetto 1, travetto 2 e travetto 3, sono stati prelevati dalle stanze indicate nelle planimetrie 1 e 3 riportate nelle pagine precedenti. Le prove sono state eseguite seguendo le prescrizioni contenute nella norma UNI EN 408:2004 Gli elementi originali sono stati ridotti ad una sezione di circa 3 x 6 cm e successivamente tagliati in modo da rispettarne le dimensioni imposte dalla normativa. Dai 3 elementi originali sono stati ricavati 6 spezzoni, 2 per elemento, con le caratteristiche geometriche riportate nella tabella seguente. TABELLA 7 Elementi utilizzati per le prove a flessione Elemento b [mm] h [mm] l [mm] 1a 30,5 62,4 600,0 1b 30,5 62,4 600,0 2a 30,5 62,7 600,0 2b 30,5 62,7 600,0 3a 30,5 62,1 600,0 3b 30,5 62,1 600,0 Successivamente, dalle parti integre degli stessi elementi, sono stati ricavati i 6 spezzoni necessari per la prova di resistenza a compressione. TABELLA 8 Elementi utilizzati per la prova a compressione Elemento b [mm] h [mm] l [mm] 1a 30,5 62,4 183,0 1b 30,5 62,4 183,0 2a 30,5 62,7 183,0 2b 30,5 62,7 183,0 3a 30,5 62,1 183,0 3b 30,5 62,1 183,0 I rapporti di prova sono allegati alla seguente relazione. Castello di XXXXXXXX pag. 29 di 49

30 4.1 Determinazione del modulo di elasticità a flessione globale Per la determinazione del modulo di elasticità flessionale globale di ogni elemento è stata utilizzata un apparecchiatura che realizza lo schema statico riportato di seguito: Schema statico utilizzato Apparecchiatura utilizzata L abbassamento w dell elemento è stato monitorato mediante un trasduttore di spostamento modello Schaevitz E200 posto nella mezzeria e collegato per la lettura all unità di acquisizione UADT-3 della 4EMME Service S.p.A.. Trasduttore di spostamento Lettura deformazioni La lettura della deformazione e quella del carico è stata introdotta nella relazione riportata al cfr della normativa: E m, g 3 l = bh 3 ( F ) ( ) 2 F1 3a a 3 w2 w1 4l l dove: l, b ed h dimensioni della sezione [mm] a distanza tra l appoggio ed il punto di applicazione della forza [mm] F 2 - F 1 l incremento di carico sul tratto rettilineo [N] w 2 - w 1 l incremento di deformazione corrispondente ad F 2 - F 1 [N] Castello di XXXXXXXX pag. 30 di 49

31 Nella tabella 9 si riportano i risultati delle prove. TABELLA 9 Modulo di elasticità flessionale globale Elemento Modulo di elasticità globale medio E m,g [MPa] 1a b a b a b Di seguito si riportano i rapporti di prova di tutti i travetti. Nel rapporto di prova sono indicate, oltre ai parametri di taratura degli strumenti, i valori rilevati del carico [N], della deformazione centrale w [mm] ed infine il valore del modulo elastico medio E m,g [MPa]. Castello di XXXXXXXX pag. 31 di 49

32 Provino 1a - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,139 N ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 mm base 62,4 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,426 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g MPa delta F 840 N delta w 1,482 mm Em,g MPa Em,g media MPa Castello di XXXXXXXX pag. 32 di 49

33 Provino 1b - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,581 N ,5 1 1,5 2 2,5 3 mm base 62,4 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,263 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g MPa delta F 840 N delta w 1,235 mm Em,g MPa Em,g media MPa Castello di XXXXXXXX pag. 33 di 49

34 Provino 2a - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,014 N mm base 62,7 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,955 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g 8055 MPa delta F 840 N delta w 1,944 mm Em,g 8101 MPa Em,g media 8078 MPa Castello di XXXXXXXX pag. 34 di 49

35 Provino 2b - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,301 N mm base 62,7 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,693 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g 9302 MPa delta F 840 N delta w 1,679 mm Em,g 9379 MPa Em,g 9340 MPa Castello di XXXXXXXX pag. 35 di 49

36 Provino 3a - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,197 N ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 mm base 62,1 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,619 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g 9821 MPa delta F 840 N delta w 1,674 mm Em,g 9498 MPa Em,g 9659 MPa Castello di XXXXXXXX pag. 36 di 49

37 Provino 3b - Modulo di elasticità a flessione Comparatore Carico [N] Lettura [µm] w [mm] , , , , , , , ,188 N ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 mm base 62,1 mm altezza 30,5 mm delta F 840 N delta w 1,499 mm a 178,5 mm l 540 mm l1 183 mm Em,g MPa delta F 840 N delta w 1,49 mm Em,g MPa Em,g MPa Castello di XXXXXXXX pag. 37 di 49

38 4.2 Determinazione della resistenza a flessione Per la determinazione della resistenza a flessione è stato utilizzata la medesima apparecchiatura della prova precedente portando il carico fino alla rottura dell elemento. Prova di flessione a 4 punti Rottura dell elemento La resistenza a flessione è stata determinata mediante la relazione riportata al cfr della normativa: f m a Fmax = 2 W dove: a distanza tra l appoggio ed il punto di applicazione della forza [mm] F max carico massimo [N] W modulo di resistenza a flessione [mm 3 ] Nella tabella seguente si riportano i risultati della prova. Elemento TABELLA 10 Resistenza a flessione Carico di rottura [N] Resistenza a flessione f m [MPa] 1a ,6 1b ,9 2a ,0 2b ,5 3a ,5 3b ,8 Castello di XXXXXXXX pag. 38 di 49

39 Nelle immagini seguenti si riportano le condizioni degli elementi a seguito della rottura. Viste del provino 1 Viste del provino 1b Castello di XXXXXXXX pag. 39 di 49

40 Viste del provino 2 Viste del provino 2b Castello di XXXXXXXX pag. 40 di 49

41 Viste del provino 3 Viste del provino 3b Castello di XXXXXXXX pag. 41 di 49

42 4.3 Determinazione della resistenza a compressione Per la determinazione della resistenza a compressione è stata utilizzata una pressa da 250 kn. Il carico, come prescritto dalla normativa, è stato applicato in modo da giungere a rottura entro un tempo di 300 ± 120 s. Prova di compressione Rottura dell elemento 2a La resistenza a compressione è stata determinata mediante la relazione riportata al cfr della normativa: f c, 0 = F A max dove: F max carico massimo [N] A area della sezione [mm 2 ] Nella tabella si riportano i risultati della prova. Elemento TABELLA 11 Resistenza a compressione Carico di rottura [N] Resistenza a compressione f c,0 [MPa] 1a ,1 1b ,3 2a ,5 2b ,7 3a ,9 3b ,8 Castello di XXXXXXXX pag. 42 di 49

43 5 VERIFICA ELEMENTI STRUTTURALI Di seguito si riportano le verifiche strutturali più sfavorevoli degli elementi selezionati attraverso il rilievo tridimensionale. 5.1 Travetto di copertura Si riporta la verifica del travetto A5 di copertura, di 2 m di luce e sezione pari a 6,0 x 6,0 cm², ipotizzando, oltre al peso proprio, un carico distribuito di 1,0 kn/m² su un interasse massimo, tra un elemento e l altro, di 42 cm. Travetto di copertura diagramma momento flettente Travetto di copertura deformata e tensioni a flessione Castello di XXXXXXXX pag. 43 di 49

44 Travetto di copertura diagramma taglio Travetto di copertura deformata e tensioni di taglio L analisi dell elemento ligneo restituisce un valore di tensione massima in mezzeria a flessione pari a 6,13 MPa e 0,18 MPa a taglio in corrispondenza degli appoggi. Castello di XXXXXXXX pag. 44 di 49

45 5.2 Trave di copertura Si riporta la verifica della trave B5 di copertura, di 5,07 m di luce e diametro minimo pari a 19 cm, ipotizzando, oltre al peso proprio, un carico distribuito di 1,0 kn/m² ed interasse di pertinenza di 1,85 m. Trave di copertura diagramma momento flettente Trave di copertura deformata e tensioni a flessione Castello di XXXXXXXX pag. 45 di 49

46 Trave di copertura diagramma taglio Trave di copertura deformata e tensioni di taglio L analisi dell elemento ligneo restituisce un valore di tensione massima in mezzeria a flessione pari a 9,62 MPa e 0,24 MPa a taglio in corrispondenza degli appoggi. Castello di XXXXXXXX pag. 46 di 49

47 5.3 Displuvio di copertura Si riporta la verifica del displuvio B9 di copertura, di 4,08 m di luce e diametro minimo pari a 21 cm, ipotizzando, oltre al peso proprio, due forze concentrate a 0,7 m e 2,9 m dal colmo, per una entità pari al corrispondente carico derivante dalle travi sovrapposte caricate con carico distribuito di 1,0 kn. Displuvio di copertura diagramma momento flettente Displuvio di copertura deformata e tensioni a flessione Castello di XXXXXXXX pag. 47 di 49

48 Displuvio di copertura diagramma di taglio Displuvio di copertura deformata e tensioni di taglio L analisi dell elemento ligneo restituisce un valore di tensione massima in mezzeria a flessione pari a 4,71 MPa e 0,14 MPa a taglio in corrispondenza degli appoggi. Castello di XXXXXXXX pag. 48 di 49

49 6 CONSIDERAZIONI TECNICHE FINALI Nella tabella riepilogativa si riportano i valori di resistenza a flessione dei 3 travetti (6 spezzoni) analizzati in laboratorio a confronto con le tensioni calcolate sui travetti selezionati (in posizione e dimensione sfavorevoli) caricati teoricamente con 1 kn/m². TABELLA 12 Confronto tra risultati sperimentali e teorici Resistenza a flessione degli elementi provati in laboratorio Risultati teorici tensioni a flessione indotte da un carico di 1,0 kn/m² Elemento [MPa] Elemento [MPa] 1a 29,6 A1 3,3 1b 70,9 A2 3,4 2a 45,0 A3 3,6 2b 40,5 A4 4,3 3a 36,5 A5 6,1 3b 63,8 A6 4,6 A7 3,8 A8 4,1 Le prove di laboratorio hanno individuato delle notevoli differenze di resistenza a flessione. Questa disomogeneità, rilevata anche dalle prove del Resistograf che individuano una notevole variazione percentuale lungo la sezione degli elementi, fa si che nelle valutazioni di calcolo sarà necessario considerare il valore più basso ottenuto, pari a 29,6 MPa, confrontandolo con il valore di calcolo più elevato per un accidentale di 1,0 kn/m 2, pari 6,1 MPa. Per quanto riguarda le travi, dei nove elementi indagati (Tab. 2), sono stati riportati i calcoli delle due travi che presentano le condizioni più sfavorevoli in termini di dimensioni e di entità di carico di competenza. Si è ottenuta la tensione massima 9,6 MPa per la trave B5 e 4,71 MPa per la trave displuvio B9, entrambe caricate con un carico accidentale di 1,0 kn/m 2. In conclusione, se i risultati, nel loro complesso ed estensione a tutta la copertura, possono dirsi soddisfacenti in termini di capacità portante, si dovrà comunque intervenire nei punti che evidenziano sostanziali condizioni di degrado localizzato. Bolzano, 11 gennaio 2007 Relatori dott. ing. Enrico Cabella dott. ing. Manuel Sommariva 4 EMME Service S.p.A. dott. ing. Settimo Martinello Castello di XXXXXXXX pag. 49 di 49