Valutazione e adeguamento delle strutture in legno esistenti: diagnostica, affidabilità e approcci circolari

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Partendo dalla definizione di “legno”, il modulo tratterà le funzioni del legno nell’albero in piedi, la sua struttura anatomica e le conseguenti caratteristiche del materiale che ne definiscono le proprietà in tutti i suoi utilizzi: variabilità, igroscopicità, ortotropia e biodegradabilità. Ciascuna caratteristica verrà dettagliata e illustrata con esempi pratici. Il corso introdurrà poi le proprietà strutturali del legno, in base alle diverse tipologie di sollecitazione, e l’influenza dei difetti e del contenuto di umidità.

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Il modulo descriverà le metodologie per la valutazione delle strutture lignee storiche delineate nella norma europea EN 17121:20019. Verranno analizzate le diverse fasi di indagine, con particolare attenzione al rilievo dettagliato degli elementi e dei giunti in legno, che prevede, per ciascun elemento, l’identificazione del legno, la valutazione del contenuto di umidità (e dei suoi gradienti), l’esecuzione di una classificazione strutturale a vista e la valutazione di eventuali degradi biotici. Attraverso l’analisi di alcuni casi studio, verranno descritti gli strumenti più importanti per la valutazione in loco delle strutture lignee, secondo l’elenco riportato nell’allegato tecnico della norma EN 17121:20019.

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Il modulo affronta i principi fondamentali della classificazione strutturale del legno, con particolare riferimento alle norme tecniche e ai metodi di valutazione delle proprietà meccaniche. Verranno analizzati i criteri per l’identificazione delle classi di resistenza, sia per il legno massiccio sia per i prodotti ingegnerizzati, evidenziando l’importanza del controllo di qualità. Una parte significativa sarà dedicata ai dettagli costruttivi, con esempi di connessioni e soluzioni progettuali in grado di garantire sicurezza e prestazioni nel tempo. Infine, saranno approfonditi i principali fattori che influenzano la durabilità delle strutture in legno, inclusi degrado biologico, condizioni ambientali e strategie di protezione e manutenzione.

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Nella storia delle costruzioni sono state messe a punto numerose tecnologie e sistemi strutturali per un uso efficiente del legno come materiale strutturale, a seconda della disponibilità locale, del rischio sismico, della tradizione e dell’evoluzione tecnologica. Ancora oggi, vengono continuamente immesse nel mercato edilizio nuove soluzioni. Il progresso nel campo del legno strutturale ha seguito un doppio binario: da un lato, sistemi basati su diverse concezioni statiche per far fronte alle azioni verticali e orizzontali che interessano gli edifici (sistemi a telaio, platform frames, block-house e misti, schemi reticolari, sistemi strutturali a pannelli); dall’altro, diverse tecnologie e prodotti a base legno per sfruttare in modo più efficace e sostenibile le proprietà meccaniche del materiale (LVL, OSB, GLT, CLT). Il modulo del corso guiderà attraverso questa evoluzione dal passato all’era moderna.

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Contrariamente a quanto comunemente si crede, il legno offre un comportamento eccellente in caso di incendio, pur contribuendo direttamente al carico di incendio. La reazione al fuoco del legno può essere opportunamente sfruttata per prevenire un collasso prematuro e gestire la durata delle prestazioni durante gli incendi. Partendo dalla fisica del degrado del legno in caso di incendio, l’Eurocodice 5 – Parte 1-2 presenta due approcci per la progettazione della resistenza al fuoco degli elementi in legno, che saranno discussi durante la lezione, in particolare il “metodo della sezione trasversale residua”, insieme ad alcuni esempi numerici.

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Con la diffusione dell’utilizzo legno strutturale e l’invecchiamento degli edifici storici, cresce la necessità di metodologie di recupero e adeguamento. Nel corso della storia delle costruzioni sono state proposte diverse soluzioni di riparazione nei casi in cui la sostituzione degli elementi strutturali non fosse praticabile. Oggi disponiamo di numerose tecnologie per affrontare tali problematiche, sia attraverso una rivisitazione dei metodi tradizionali con l’uso di materiali moderni, sia con tecnologie innovative un tempo inimmaginabili. La lezione si concentrerà sui rinforzi locali degli elementi in legno mediante connettori metallici, incollaggi e rinforzi in FRP, con riferimento a norme nazionali e internazionali, linee guida ed esempi di ricerca selezionati.

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Il modulo introdurrà i principali approcci sperimentali per la valutazione degli elementi strutturali lignei esistenti, con particolare attenzione alla classificazione visiva e alle tecniche non distruttive e semi-distruttive applicabili sia in laboratorio sia in situ. Un’attenzione specifica sarà dedicata alla variabilità e all’anisotropia del legno, agli effetti del degrado e all’incertezza connessa alla stima delle proprietà fisiche e meccaniche. Attraverso esempi selezionati tratti dalla ricerca, la lezione mostrerà come il rilievo geometrico, i metodi basati sulla penetrazione, le prove ultrasoniche e altri strumenti diagnostici possano supportare la caratterizzazione degli elementi lignei e la comprensione del loro stato di conservazione. La lezione evidenzierà il ruolo dell’indagine sperimentale nel supportare la diagnosi, la valutazione dell’affidabilità e la definizione di strategie di intervento compatibili e sostenibili.

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Il monitoraggio strutturale rappresenta un approccio fondamentale per la diagnosi e la conservazione delle strutture in legno, in quanto consente di acquisire informazioni sul comportamento della struttura nelle reali condizioni di esercizio e sull’evoluzione nel tempo dei fenomeni di danno e degrado. Il monitoraggio in continuo e a lungo termine può supportare la comprensione degli effetti delle azioni ambientali, delle condizioni di carico e del deterioramento del materiale, contribuendo alla mitigazione dei rischi e all’estensione della vita utile. Il modulo introduce i principali approcci al monitoraggio, le tipologie di sensori e i criteri per la definizione e la progettazione dei sistemi di monitoraggio in strutture esistenti in legno. Particolare attenzione è dedicata alle strutture in legno antiche e alle relative strategie di monitoraggio in relazione alle criticità strutturali e ai meccanismi di danno più ricorrenti.

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Il modulo presenta i risultati della ricerca riguardante le connessioni tra elementi in bambù e la modellazione strutturale, finalizzati ad affrontare problematiche legate alle capriate lignee. Il bambù possiede interessanti proprietà meccaniche e una morfologia strutturale particolarmente favorevole, che lo rendono adatto alla realizzazione di sistemi strutturali con elementi ottimizzati per sopportare sforzi di trazione e compressione. La problematica delle connessioni strutturali viene qui analizzata e risolta attraverso la presentazione degli esiti di una campagna sperimentale e con cenni ad aspetti didattico laboratoriali.

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Il modulo affronterà il riuso delle strutture e degli elementi lignei esistenti nel più ampio quadro delle strategie di economia circolare nel settore delle costruzioni. Partendo dalle sfide legate alla selezione, alla classificazione e alla valutazione dell’affidabilità del legno di recupero, la lezione discuterà metodi e criteri per valutarne il potenziale strutturale e ambientale. Particolare attenzione sarà dedicata al rapporto tra diagnosi, conservazione, miglioramento e riuso, mostrando come l’estensione della vita utile dei materiali e delle strutture possa contribuire alla riduzione del consumo di risorse e dell’impatto ambientale. Verranno inoltre introdotti l’analisi multicriterio e gli approcci di ottimizzazione come strumenti a supporto del processo decisionale negli scenari di retrofit e riuso, bilanciando prestazioni strutturali, durabilità, impatto ambientale ed efficienza nell’uso delle risorse. In questa prospettiva, gli approcci integrati saranno presentati come una via fondamentale per la valorizzazione sostenibile del patrimonio ligneo esistente.

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Il modulo offre una panoramica sui ponti tradizionali in legno cinesi, con particolare attenzione ai ponti ad arco ligneo Min-Zhe delle province del Fujian e dello Zhejiang. Questi storici ponti coperti sono caratterizzati da un ingegnoso sistema ad arco intrecciato in legno, composto da archi poligonali realizzati mediante tecniche di intreccio di travi e giunti a incastro (mortasa e tenone). Verranno esaminati i principi strutturali alla base di questi ponti, inclusi i meccanismi di trasferimento dei carichi, la configurazione geometrica, le tecniche di carpenteria e il rapporto tra forma strutturale e processo costruttivo. Il seminario affronterà inoltre le problematiche legate alla vulnerabilità strutturale, al degrado, alla manutenzione e alla ricostruzione, evidenziando il ruolo del sapere tradizionale nella conservazione dei ponti storici in legno.