Il recupero delle strutture lignee

La conservazione delle strutture lignee esistenti è espressamente prescritta dalle norme applicabili nell’ambito dei Beni Culturali, ma è spesso vantaggiosa anche per le strutture ordinarie. Un approccio corretto e il supporto di specialisti del settore consente di elevare la qualità del progetto di conservazione e ridurre l'intervento all’indispensabile, minimizzando gli imprevisti in corso d'opera ed economizzando tempi e costi.

IL QUADRO NORMATIVO
Nella maggior parte degli edifici dei centri storici, come nelle costruzioni rurali, sono presenti strutture lignee portanti, normalmente costituenti le coperture e i solai. In molti casi le strutture di legno messe in opera nel Medio Evo sono tuttora in buono stato, senza aver ricevuto trattamenti preservanti, grazie ad una corretta manutenzione. Troppo spesso, in passato, le strutture di legno sono state sostituite o pesantemente modificate anche a fronte di un degrado limitato e localizzato, sulla base di un quadro normativo carente o distorto e di valutazioni tecnico/economiche approssimative e con conseguenze gravi in certi casi (ad es. quello della Basilica di S. Francesco ad Assisi). Viceversa il loro recupero, correttamente progettato ed eseguito, riesce normalmente a soddisfare le esigenze prestazionali e di conservazione senza far lievitare il costo dell’intervento.
Un’importante conferma di questa evidenza è fornita dalle Linee Guida per l’applicazione al patrimonio culturale della normativa tecnica di cui all’Ordinanza P.C.M. 3274/2003. Il testo, redatto da un Gruppo di Lavoro istituito dal Dipartimento della Protezione Civile della Presidenza del Consiglio dei Ministri di concerto con il Dipartimento per i Beni Culturali e Paesaggistici del Ministero per i Beni e le Attività Culturali, è finalizzato alla valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale, con riferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni e al Codice dei Beni Culturali e del Paesaggio. Correttamente si prescrive, ai paragrafi 6.3.4 (solai) e 6.3.5 (coperture), che è “in linea generale” opportuno il mantenimento delle strutture di legno, in quanto capaci di limitare le masse nella parte più alta dell'edificio e di garantire un’elasticità simile a quella della compagine muraria sottostante.
Le modalità di intervento previste sono tutte riferibili alle tradizionali tecniche di carpenteria. Finalmente la normativa torna a convalidare l’esperienza rivelatasi corretta anziché negarla a favore di ardite sperimentazioni.

Per il progettista interessato a maggiori dettagli operativi, due norme UNI e un documento del CNR contribuiscono in maniera significativa alla definizione dei requisiti di un corretto processo di restauro:
• la UNI 11119:2004 - Beni Culturali, Manufatti lignei, Strutture portanti degli edifici – Ispezione in situ per la diagnosi degli elementi in opera definisce la metodologia diagnostica finalizzata a descrivere in maniera oggettiva e quantitativa lo stato di conservazione;
• la UNI 11138:2004 - Beni culturali. Manufatti lignei. Strutture portanti degli edifici. Criteri per la valutazione preventiva, la progettazione e l'esecuzione di interventi descrive chiaramente l’approccio da seguire alla luce dello stato dell’arte del settore e dell’esperienza plurisecolare dei carpentieri, ma anche dei molteplici requisiti formali (legislazione, normativa tecnica, parere delle Soprintendenze..) tipici di una attività interdisciplinare com’è quella del restauro;
• le CNR-DT 201/2005 – Istruzioni per interventi di consolidamento statico di strutture lignee mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati elencano le problematiche tipiche di questo settore in rapida evoluzione (compatibilità, durabilità, selezione dei materiali…) e guidano alla scelta delle tecniche di progettazione ed esecuzione più corrette, anche in funzione della semplicità di esecuzione.

PRIMA DEL PROGETTO LA DIAGNOSI
Le strutture lignee, sia antiche che recenti ( anche in legno lamellare), possono presentare situazioni di degrado assai diverse ma normalmente accomunate da una causa ben precisa: carenze di progettazione o di manutenzione. Viceversa non mancano in ogni parte d’Italia gli esempi di strutture ottimamente conservate, a testimonianza che la durabilità del materiale è assai elevata, a patto che sia rispettata una regola di base: evitare il ristagno di umidità, favorendo il drenaggio e la ventilazione delle parti di possibile accumulo (testate e collegamenti). Le caratteristiche costruttive (tipologia, modalità delle unioni, ecc.), la specie legnosa, le dimensioni e la qualità meccanica degli elementi, le condizioni ambientali, le vicissitudini storiche, ecc. fanno si che ogni struttura sia diversa dall’altra anche dal punto di vista del proprio stato di conservazione. Al degrado biotico (funghi ed insetti) del quale si conoscono cause e rimedi, può sommarsi un degrado meccanico (dissesti, sconnessioni, fratture), con effetti cumulati a volte critici per la sicurezza.
Diagnosticare in modo affidabile ed oggettivo le condizioni della struttura sulla quale ci si appresta ad intervenire costituisce una esigenza imprescindibile per garantire la qualità del progetto e la sua rispondenza ai requisiti della committenza. Per questi motivi è stato messo a punto uno specifico procedimento di indagine che integra le conoscenze tecnico-scientifiche di base, gli accorgimenti derivanti dalla pratica di cantiere e le soluzioni tecnologiche più adatte allo specifico campo applicativo.

Il procedimento, i cui elementi essenziali sono descritti nella UNI 11119, prevede la raccolta e la elaborazione dei soli dati effettivamente necessari ai fini dei calcoli di verifica statica e della progettazione degli eventuali interventi di consolidamento, pertanto il livello di approfondimento può essere adeguato ai requisiti definiti dal progettista. L’indagine, che deve essere eseguita da tecnici specializzati e qualificati, ha lo scopo di fornire per ciascuna unità e/o elemento strutturale portante, almeno le seguenti informazioni:
• geometria, dimensioni, caratteristiche delle unioni;
• specie legnosa (identificazione macroscopica o microscopica);
• umidità del legno (misurazione con igrometro elettrico a resistenza o capacitivo);
• classe di qualità meccanica;
• quantificazione del degrado e determinazione delle sezioni efficaci: indagine visiva ove possibile; indagine strumentale non distruttiva - ad es. mediante la tecnica resistografica - nelle parti non a vista, tipicamente gli appoggi sulle murature e la zona interna delle parti a vista;
• stato delle unioni (indagine visiva e/o strumentale).

Obiettivi, limiti e modalità di esecuzione della diagnosi debbono essere chiaramente definiti dal tecnico competente (Progettista o Direttore Lavori).

VERIFICHE STRUTTURALI E PROGETTAZIONE
La UNI 11138 e le CNR-DT 201/2005 forniscono indicazioni abbastanza dettagliate per la progettazione e la selezione dei materiali.
La valutazione delle condizioni del manufatto e degli stati di sollecitazione, sempre necessaria, può tuttavia essere svolta a differenti livelli di dettaglio in funzione della complessità del problema da analizzare e dell'entità degli interventi previsti. In generale nella schematizzazione strutturale si dovrà fare riferimento a:
• schema statico complessivo, tale da identificare chiaramente l'apporto fornito dalla struttura lignea al comportamento statico globale dell'edificio analizzato e schemi statici di dettaglio delle singole unità strutturali (capriate, solaio, ecc.);
• modelli di dettaglio dei singoli elementi strutturali lignei, dei collegamenti o dei vincoli.

Si dovrà prestare particolare cura alle verifiche di dettaglio dei collegamenti in corrispondenza delle sezioni terminali, nonché, in generale, in prossimità di qualsiasi variazione di sezione trasversale dell'elemento. Nei casi particolarmente semplici, si potrà fare riferimento solo a modelli di dettaglio relativi al singolo elemento o alla singola struttura (ad es. nei casi in cui sia già decisa l'attuazione di ripristini localizzati o la sostituzione di un elemento non recuperabile).

Il progetto deve basarsi sulla valutazione preliminare dell'efficacia dell'intervento proposto e della compatibilità tra i differenti materiali, evidenziando:
• il fine specifico di ogni operazione e la localizzazione dell'intervento;
• i materiali che si intendono utilizzare e le metodologie di applicazione, con la descrizione delle eventuali apparecchiature;
• la valutazione preliminare dell'efficacia dell'intervento;
• i controlli previsti in fase di esecuzione ed alla fine dell'intervento, nonché quelli da svolgere periodicamente.

Dal punto di vista strutturale il progetto dovrà, per quanto possibile, rispettare il modello statico di comportamento globale: tale requisito va considerato valido anche se vengono inseriti elementi localizzati di rinforzo in singoli elementi, ma non può essere imposto quando sia chiaramente dimostrato che la configurazione attuale non è comunque compatibile con i livelli di sicurezza, anche dopo eventuali interventi di consolidamento a tal fine progettati. I collegamenti, nodi e vincoli dovranno essere ripristinati mantenendo valori di rigidezza simili a quelli posseduti nella struttura originaria, a meno che non sia dimostrato che i valori di rigidezza attuali sono responsabili dei dissesti rilevati. Deve essere garantita la possibilità di variazioni dimensionali dell'elemento ligneo, a seguito di variazioni di umidità, senza che ciò determini apprezzabili stati tensionali di coazione. Non sono quindi ammissibili interventi che impediscano dilatazioni e ritiri trasversali del legno, come ad es. il riempimento con materiali rigidi (legno, stucco…) delle fessure longitudinali da ritiro.

Il reintegro di continuità strutturale tra parti diverse di uno stesso elemento può essere realizzato mediante collegamenti tradizionali a secco utilizzando elementi metallici ovvero, quando possibile, lignei. Esso può anche realizzarsi mediante un apposito sistema di collante ed elementi metallici o lignei. È esclusa la possibilità di utilizzo del collante per trasmettere tensioni di trazione ortogonali al piano di incollaggio: in tale piano possono quindi essere presenti solo stati di tensione tangenziale e/o normale di compressione. Tuttavia tensioni di trazione ortogonali al piano di incollaggio possono essere tollerate quali stati tensionali secondari.

Occorre comunque cautelarsi contro stati tensionali di trazione ortogonale al piano di incollaggio introducendo opportuni presidi, dimensionati prescindendo completamente dall'apporto di resistenza fornito dal legno per trazione ortogonale alla fibratura. Infine, gli interventi che fanno ricorso a stati di coazione permanenti nella struttura o in singole membrature sono da valutare con particolare cura, in particolare quando inducono tensioni ortogonali alla fibratura.

Attualmente stanno apparendo sul mercato vari prodotti e sistemi di consolidamento basati su nuove tecnologie e/o materiali, non sempre adeguatamente sperimentati: alcuni professionisti li rifiutano a priori perché “troppo nuovi”, altri li scelgono con entusiasmo anche senza valutarne bene i limiti applicativi. Spesso è stato riscontrato che la soluzione ottimale si consegue attraverso la compatibilizzazione di tecniche e materiali diversi, impiegati in quantità il più possibile limitate ed in sinergia con le orditure lignee esistenti o con protesi in legno nuovo: ad esempio i sistemi basati sull’impiego di adesivi epossidici specificamente formulati per il legno e dispositivi metallici (o compositi) hanno dimostrato in molti casi una serie di vantaggi. L’adesivo da impiegare dovrà essere specificatamente formulato per l’impiego strutturale su legno e la scheda tecnica del prodotto dovrà evidenziare qual é il livello di compatibilità meccanica raggiunto. Il metodo di prova della compatibilità legno/adesivi è basato sulla resistenza a taglio misurata prima e dopo idonei cicli di invecchiamento accelerato, sia sul legno massiccio che all’interfaccia.

Il calcolo dell’intervento più diffuso (protesi lignee connesse mediante barre incollate) si basa sulla resistenza all’estrazione delle barre e quindi sul calcolo delle tensioni all’interfaccia legno/adesivo. La sollecitazione prevalente è quella di trazione parallela alla fibratura del legno. La sollecitazione di taglio derivante dal peso proprio della catena viene ampiamente assorbita per contatto lungo la superficie di separazione inclinata, e non necessita di particolari verifiche. La sollecitazione di flessione dovuta al peso proprio della catena è normalmente ininfluente e quindi trascurabile.

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