Influenza dei nodi sulla resistenza a compressione di pali di fondazione in legno

Many historic buildings around Europe are founded on timber piles, especially in areas where the soil is not strong enough to guarantee the stability of structures. Timber is a natural material and the mechanical properties can be affected by the presence of defects. In particular this thesis investigated the influence of knots on failure under compressive loads of wooden foundation piles. The study involved 110 pile segments sawn from spruce and pine piles with diameters of approximately 200 mm, and moisture contents above fiber saturation point. The mechanical properties were determined, along each pile, performing both full-scale compression tests on pile segments, and small-scale experiments on discs sawn from selected segments, considering samples with and without knots. A knot ratio (KR) was defined analyzing the knots layout of each wooden pile, and evaluating how the compressive strength was influenced by size, number and layout of knots. As final step, a prediction model was implemented based on the dry density (at 0% of moisture content) and KR of wooden piles, to estimate the influence of knots on their compressive strength. In addition, through the use of DIC, the variation of stress around knots of the pile has been studied during the compression tests. To this end, it is possible to better understand how the deviation of the fibers affect the local resistance. This thesis can serve as basis for future studies, aiming at determining more specific grading classes for wooden foundation piles, opening up the opportunity of a more optimal analysis of these structural elements.

Molti edifici storici in Europa sono fondati su pali di fondazione in legno, soprattutto nelle aree in cui il suolo non è abbastanza resistente per garantire la stabilità delle strutture. Essendo il legno un materiale naturale, le proprietà meccaniche possono essere influenzate dalla presenza di difetti. In particolare, questa tesi valuta l’influenza dei nodi sulla resistenza a compressione di pali di fondazione in legno. Lo studio coinvolge 110 segmenti di palo ricavati da pali di pino e abete con diametri, approssimativamente, di 200 mm e imbibiti (con livello di umidità > 70%). Le proprietà meccaniche sono state determinate sia attraverso test a compressione a larga scala lungo l’intera lunghezza di ogni palo, sia a piccola scala su dischi tagliati da alcuni segmenti di palo considerando provini con e senza nodi. E' stato definito un “knot ratio” (KR) analizzando la disposizione dei nodi di ogni palo e valutato come la resistenza alla compressione è influenzata dalla dimensione, dal numero e dalla disposizione dei nodi. Infine, è stato implementato un modello predittivo, basato sulla densità allo stato anidro (0% di contenuto di umidità) e il KR dei pali di legno, per valutare l’influenza dei nodi sulla resistenza a compressione dei pali. Inoltre, attraverso l’uso del DIC è stato studiato l’andamento delle tensioni attorno ai nodi durante i test a compressione. In questo modo si è riusciti ad avere una migliore comprensione di come la deviazione delle fibre, causata dai nodi, influenza la resistenza locale. Questa tesi puo' essere utile come base per studi futuri, con l’obiettivo di determinare dei parametri di resistenza per pali di fondazione in legno per una suddivisione in categorie specifiche, aprendo opportunità ad un’analisi più ottimale.