Indagine sull'efficacia del rinforzo di membrature lignee eseguito con la tecnica NSM (Near Surface Mounted)

Analyzing the whole built heritage, from simple dwellings to elaborate cathedrals, it would be observed that most of the buildings include at least one part made up of wooden elements in its structure. The maintenance and renewal of these assets is topic of a consolidated interest that calls for the investigation of various reinforcement techniques. A promising technique is that named "Near-Surface Mounted" (NSM), which provides for the insertion of bars inside grooves made in the wooden element to be reinforced. State-of-the-art wooden structures are traditionally enhanced with steel or by addition of inserts made of the same material. More recently, however, the progressive use of fiber-reinforced polymeric composites (FRP) has been favored in the consolidation of buildings. More to the point, composite materials based on glass fibers (GFRP) are preferred in such situations thanks to properties comparable to wooden material itself: wood shows an elastic modulus of around 10 GPa while the Young's modulus of a fiberglass does not exceed 50 GPa, unlike the one of the steel which is about four times higher. The investigation of the behavior of wooden bodies, reinforced with the NSM technique, was analytically conducted in this thesis work using an automatic calculation program. This latter, internally compiled by means of XoJo software, returns the entire loading process allowing to identify the final bending strengh of a generic wooden section. After a test session, once verified the proper running of the program coding, the simulation was repeated with different models. The obtained results were subsequently analyzed and compared with each other.

La gran parte degli edifici del patrimonio costruito, dalle semplici abitazioni alle elaborate cattedrali, include nella propria struttura almeno una parte composta da elementi in legno. Il mantenimento e il rinnovamento di questi beni rappresenta un argomento di particolare interesse che sollecita lo studio delle diverse tecniche di rinforzo. Una tecnica promettente è quella denominata “Near-Surface Mounted” (NSM), che prevede l’inserimento di barre all’interno di scanalature ricavate nell’elemento ligneo da rinforzare. Allo stato dell’arte attuale le strutture in legno vengono tradizionalmente potenziate con acciaio o con inserti dello stesso materiale. Più di recente, invece, nel consolidamento delle costruzioni è stato privilegiato l’uso progressivo dei compositi polimerici rinforzati con fibre (FRP). Nello specifico, materiali compositi a base di fibre di vetro (GFRP) sono preferiti in situazioni del genere grazie alle proprietà affini con il materiale ligneo: il legno presenta un modulo elastico che si aggira intorno ai 10 GPa, mentre un profilo in vetroresina possiede un modulo di Young non superiore a 50 GPa, a differenza di quello dell’acciaio che è circa quattro volte superiore. L’indagine sul comportamento di membrature lignee rinforzate con la tecnica NSM è stata condotta analiticamente in questo elaborato di tesi tramite un programma di calcolo automatico. Tale programma, internamente compilato per mezzo del software XoJo, restituisce l’intero processo di carico di una sezione generica lignea sollecitata, permettendo di identificare il momento resistente finale. Dopo una sessione di test, osservata la bontà della codifica del programma, la simulazione è stata ripetuta con differenti modelli. I risultati ottenuti sono stati successivamente analizzati e confrontati tra loro.