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Il recupero statico-costruttivo: le ipotesi di intervento
8.1 La normativa di riferimento: il miglioramento sismico
Ad oggi un qualsiasi intervento di consolidamento su un qualunque edificio, non può prescindere da un’analisi del rischio e della vulnerabilità sismica del manufatto. In particolar modo, per quanto riguarda edifici a carattere monumentale, vista la delicatezza e la complessità del problema, la normativa tecnica in vigore, ovvero l’Ordinanza della Presidenza del Consiglio dei Ministri 20 Marzo 2003, n. 3274, è stato integrata e ancor meglio esplicitata nel Luglio 2006 attraverso le “Linee Guida per la valutazione e la riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale”.
Le Linee Guida specificano che per i beni culturali tutelati è necessario attenersi ad interventi di miglioramento sismico, più che d’adeguamento vero e proprio. Questo significa che qualsiasi operazione sul manufatto deve far conseguire all’edificio un maggior grado di sicurezza rispetto alle azioni sismiche, con un livello di protezione sismica non necessariamente uguale a quello previsto per le nuove costruzioni.
Nel caso di manufatti architettonici d’interesse storico e culturale, esistono, infatti, oggettive difficoltà ad utilizzare le procedure di verifica impiegate per gli edifici ordinari: spesso la complessità e la singolarità specifica dei monumenti, comportano un’incertezza nel modello di comportamento, così come non sempre consentono di quantificare con
d’analisi dell’edificio a livello qualitativo e quantitativo, che consenta di derogare rispetto all’adeguamento, a favore di un giudizio qualitativo complessivo che considera le esigenze di conservazione, la volontà di preservare il manufatto dai danni sismici ed i requisiti di sicurezza, in relazione:
• alla fruizione e alla funzione svolta, che incide sul fattore d’importanza da attribuire all’edificio;
• al grado di conoscenza del manufatto, che incide sul fattore di confidenza da utilizzare nell’analisi.
Nei prossimi anni, secondo quanto previsto dalle Linee Guida, le Soprintendenze sono chiamate ad eseguire un monitoraggio di tutto il patrimonio culturale, basandosi su tre tipi distinti livelli di valutazione della sicurezza sismica:
• LV1, riguardante tutti i beni tutelati che insistono sul territorio di propria competenza, attraverso un’analisi qualitativa e una valutazione con modelli meccanici semplificati;
• LV2, su una singola parte di manufatto, quando interessata da un restauro parziale, attraverso una valutazione sui meccanismi locali di collasso;
• LV3, più accurata, quando l'intervento riguarda la costruzione nel suo complesso.
Gli obiettivi generali di un intervento di consolidamento, in particolar modo di carattere antisismico, si materializzano sostanzialmente in operazioni sugli elementi strutturali che comportano:
• da un lato un aumento della resistenza, ottenibile con il miglioramento delle prestazioni e con l’inserimento di nuovi elementi resistenti;
• dall’altro, una riduzione delle sollecitazioni, ottenibile mediante redistribuzioni delle forze orizzontali, diminuzioni dei carichi, isolamento ottenuto con inserimento di elementi smorzanti o isolanti.
Tali operazioni possono presentare carattere attivo o di presidio, a seconda che esplichino la propria funzione all’atto dell’esecuzione oppure in tempi differiti e determinati dalla prosecuzione del dissesto.
Quale che sia il percorso tecnico scelto per raggiungere gli obiettivi posti, l’intervento di consolidamento deve garantire in tutte le fasi operative, dalla diagnostica all’esecuzione, il rispetto di alcuni attributi fondamentali :
• minimo intervento;
• durabilità: la tenuta nel tempo garantisce da successivi prematuri interventi di sostituzione o di rifacimento per avvenuta alterazione o degrado; sotto certi aspetti questo attributo si può intendere parte del precedente, in quanto rende minima l’invadenza degli eventuali successivi interventi;
• affidabilità: è la certezza del beneficio introdotto, sancita dall’uso nel tempo oppure da una congrua sperimentazione di laboratorio;
• compatibilità fisica, chimica e meccanica con i materiali dell’organismo architettonico su cui si deve intervenire, per evitare la formazione di nuovi composti o l’insorgere di coazioni dovute a diverso comportamento oppure a mutazioni di questo nel tempo;
• rispetto della concezione strutturale d’origine, in quanto caratterizzante l’architettura dell’opera specifica.
Si procede di seguito alla costruzione di una sorta d’abaco degli interventi di consolidamento che, rispecchiando a pieno tali attributi, potrebbero essere utilizzati per risolvere i dissesti individuati nell’edificio in esame.
Tali interventi sono mirati ad assicurare alla costruzione un buon comportamento d’assieme, mediante la realizzazione di un buon ammorsamento tra le pareti ed efficaci collegamenti dei solai alle pareti. Il loro coinvolgimento è necessario per arrestare i movimenti rotatori che interessano gran parte della scatola muraria dell’edificio.
8.3.1 Tiranti e catene
L’inserimento di tiranti, metallici o d’altri materiali, disposti nelle due direzioni principali del fabbricato, a livello dei solai ed in corrispondenza delle pareti portanti, ancorati alle murature mediante capochiave ( a paletto o a piastra), può favorire il comportamento d’assieme del fabbricato stesso, in quanto conferisce un elevato grado di connessione tra le murature ortogonali, e fornisce un efficace vincolo contro il ribaltamento fuori piano dei pannelli murari. E’ una tecnica di consolidamento attiva: infatti, perchè queste strutture di rinforzo espletino un’azione di contrasto che anticipi l’insorgere di nuove deformazioni che danneggerebbero ulteriormente la struttura, è necessario che sia impartita loro un’azione di pretensione. Questa occorrenza nasce dal fatto che i tiranti sono elementi generalmente lunghi (in rapporto al loro diametro) e ciò comporta allungamenti in ambito elastico notevoli che non si rapportano con le ulteriori deformazioni che la struttura consentirebbe; cosicché prima del raggiungimento dell’efficacia della reazione dei tiranti, si manifesterebbe il collasso della muratura da contrastare per aver superato la deformazione ultima.
Per i capochiave sono consigliati piastre, in quanto l’edificio presenta murature particolarmente scadenti, realizzate con telemetri di piccole
Figura 41. Particolari esecutivi di un capochiave d'acciaio formato da una piastra quadrata nervata sulle diagonali.
Figura 42. Capochiave sulla quale convergono due tiranti su piastra nervata.
Figura 43. Capochiave d'angolo con piastra a L per il quale è prevista una smussatura dello spigolo. Rappresentazione degli elementi componenti.
8.3.2 Cerchiature esterne
Al fine di garantire un valido collegamento esterno e interno tra le murature portanti con l’intento di costituire una scatola muraria, è possibile ricorrere a cerchiature metalliche o con materiali compositi.
Tale intervento può risultare efficace nel caso di edifici di dimensioni ridotte, dove i tratti rettilinei della cerchiatura non sono troppo estesi o quando vengano realizzati ancoraggi in corrispondenza dei martelli murari.
Se non realizzato al di sotto dello strato d’intonaco, l’effetto estetico non risulta certo tra i più compatibili con la natura monumentale dell’edificio.
E’ necessario, con questa tecnica, evitare l’insorgere di concentrazioni di tensioni in corrispondenza degli spigoli delle murature, ad esempio con opportune piastre di ripartizione o in alternativa, nel caso si usino fasce in materiale composito, procedendo allo smusso degli spigoli.
8.3.3 Cordoli in acciaio
I cordoli d’acciaio ancorati alla muratura, senza alterazione della sua continuità, sono molto usati in quanto consentono un’efficace cerchiatura perimetrale e al contempo la fasciatura delle orditure primarie e secondarie, se necessario, dei solai in legno.
In figura è mostrato un cordolo costituito da una trave d’acciaio (UPN 200) fissata alla muratura dell’edificio con perforazioni armate poste ad un interasse di 100 cm determinato dallo stato della parete da consolidare. Il cordolo d’acciaio, attraverso piatti e bulloni, ha il compito di ancorare la trave di legno del solaio esistente all’alcova muraria per l’appoggio.
Figura 44. Cordolo perimetrale ottenuto con un profilato d'acciaio fissato alla muratura con perforazioni armate.
Ogni perforazione armata, sia sul legno sia sulla muratura, dovrà essere saturata con resine epossidiche bicomponenti, diversificate in funzione dei materiali da iniettare.
Figura 45. Cordolo di piano in acciaio. Collegamento con le orditure di legno del solaio.
Il ruolo dei solai nel comportamento sismico delle costruzioni in muratura è quello di trasferire le azioni orizzontali di loro competenza alle pareti disposte in direzione parallela al sisma. Inoltre essi devono costituire un vincolo per le pareti sollecitate da azioni ortogonali al proprio piano.
Per le suddette ragioni, oltre che per un evidente stato di degrado delle strutture orizzontali del convento, risulta necessario un irrigidimento dei solai, anche limitato, che oltre a garantire un elevato livello di sicurezza nei confronti dei carichi variabili a cui sarà soggetto il convento con la nuova destinazione d’uso, contribuisce, se opportunamente progettato, a migliorare il grado di collegamento delle strutture verticali, contribuendo a ripristinare il comportamento scatolare della struttura, ad oggi in parte mancante.
Si valutano alternativamente varie soluzioni progettuali, che operano all’estradosso dei solai danneggiati: questa scelta è motivata sia da una maggiore facilità nelle operazioni di consolidamento vero e proprio, sia da ragioni estetiche, andando ad operare al di sotto del pavimento, che verrà smontato e successivamente rimontato secondo le tessiture originarie.
8.4.1 Irrigidimento dei solai lignei mediante solette in calcestruzzo alleggerito armato
La tecnica di rinforzo con soletta collaborante in calcestruzzo alleggerito, realizza un forte irrigidimento nel piano del solaio; gli effetti di tale intervento vanno valutati sia in relazione alla ripartizione delle azioni tra gli elementi verticali, sia all’aumento delle masse.
Figura 46. Collegamento della soletta in calcestruzzo alleggerito armato con connettori d'acciaio alle orditure portanti.
I connettori con barre o perni d’acciaio sono i più semplici da un punto di vista operativo. Sono, infatti, sufficienti barre filettate o nervate, piegate a 90° da inserire in fori eseguiti sulle membrature principali del solaio.
Esistono poi connettori doppi, con piegature contrapposte, adatti per aumentare la resistenza a taglio tra soletta e struttura portante.
Altri connettori, formati da barre d’acciaio sagomate, sono utili quando sulla trave portante di legno da consolidare è stata applicata una piastra d’acciaio profilato. In questi casi può essere addirittura fatto ricorso
reversibilità si consiglia Rck >= 70-80 Kg/cm2. La leggerezza potrà essere
acquisita ricorrendo ad inerti d’argilla espansa, polistirolo o vermiculite espansa.
Figura 47. Collegamento della soletta in calcestruzzo allegerito alle murature portanti perimetrali per mezzo di perforazioni armate.
Il collegamento planare della soletta alle murature perimetrali si assicura con ancoraggi consistenti in perforazioni armate con barre d’acciaio filettate o nervate in fori saturati con resine epossidiche bicomponenti a media densità.
elementi tra loro non legati e non collegati alle murature portanti se non per il solo attrito generato dall’appoggio delle travi, si può operare irrigidendo il piano con un telaio realizzato con profilati d’acciaio.
Si tratta essenzialmente di una croce di Sant’Andrea che può essere costituita da piatti o barre. Gli ancoraggi del rettangolo murario sono costituiti da un apparato, costruito fuori opera con profilati piatti d’acciaio, che è fissato alla muratura con barre filettate, rondelle e dadi oppure con perforazioni armate con barre filettate e saturate con resine epossidiche bicomponenti o miscele cementizie d’idonea composizione.
segni degli effetti negativi delle spinte, deve mirare a contrastare la componente orizzontale e a impedire l’allontanamento reciproco delle murature su cui esse impostano.
A tale scopo, sono già state inserite in passato numerose catene d’acciaio, che interessano soprattutto le strutture voltate del chiostro e del refettorio. La tecnica delle catene è, infatti, oramai in uso da quando si comprese che il futuro del consolidamento sarebbe stato l’acciaio.
Si rende però necessario rintervenire su gran parte delle strutture voltate, sia per il manifestarsi di situazioni di degrado che non sembrano essere state risolte con i precedenti interventi, sia perchè, come già specificato nel caso dei solai, andando a modificare la destinazione d’uso del fabbricato, andiamo a cambiare anche i carichi variabili a cui esso è soggetto.
8.5.1 Consolidamento con fasce d’acciaio all’estradosso
L’intervento di consolidamento delle volte in muratura, eseguito con elementi strutturali d’acciaio all’estradosso, è generalmente realizzato con profilati piatti o UPN.
Nelle volte a crociera o a padiglione i rinforzi sono posti al contatto fra le unghie loro componenti. Il collegamento tra essi e la muratura è assicurato da perni d’ancoraggio ottenuti con barre filettate, o nervate d’acciaio, inserite in fori saturati con resine epossidiche bicomponenti o con altro materiale idoneo di natura cementizia che, soprattutto, garantisca un rapido indurimento e un’adeguata densità tali da evitarne la dispersione tra i vuoti della struttura accogliente.
Figura 49. Rinforzo di una volta a crociera ottenuto con fasce d'acciaio poste alla congiunzione delle vele.
In figura è riportato un intervento su una volta a crociera, sulla quale è stato completamente rimosso il riempimento incoerente superiore, eseguito ricorrendo a profilati piatti d’acciaio piegati in aderenza e posti su uno strato di malta di calce e sabbia, indispensabile per la regolarizzazione dell’estradosso.
Figura 50. Rinforzo di una volta a crociera ottenuto con fasce d'acciaio poste sulla congiunzione delle vele. Particolare dei perni di ancoraggio per la collaborazione tra le fasce d'acciaio e la struttura della volta.
Le volte a botte, quando sono composte da muratura in foglio e sono di copertura di ambienti di ragguardevole lunghezza, spesso contengono nervature di irrigidimento trasversale. L’intervento di consolidamento di un sistema siffatto dissestato, può essere formato da profilati d’acciaio a L a supporto delle nervature principali ancorate alle murature perimetrali per mezzo di piastre e piatti, anch’essi d’acciaio, lungo le direttrici della volta ed ad essa collegati attraverso perforazioni armate con barre filettate, assicurate con apposito legante chimico. Una fune d’acciaio in trefoli, dotata di morsetti ad attrito e di tenditore, ha il compito di contrastare una buona parte delle azioni trasversali prodotte dallo stesso arco e di evitare, durante il sisma, l’allontanamento delle murature portanti che potrebbe causare la
Questo tipo d’intervento può essere esteso anche per volte a botte prive di nervature all’estradosso. In questo caso il telaio, costituito dalla fascia trasversale alle direttrici della volta, dalle piastre di vincolo alle pareti portanti e dal tirante, è posto ad un interasse prestabilito che suddivide l’estensione della volta a botte in parti uguali.
prodotti dalle opere di rinforzo.
Il tessuto da utilizzare può essere di diverso tipo e di varie caratteristiche meccaniche: fibre di carbonio, fibre di aramide, fibre di vetro.
La composizione del rinforzo prevede l’uso di resine epossidiche bicomponenti a bassa viscosità che consentono il trasferimento degli sforzi alle fibre e una loro adeguata protezione da aggressioni chimico-fisiche o dall’elevata temperatura e dalle vibrazioni.
L’utilizzo dei materiali compositi permette di ottenere un intervento non invasivo e rimovibile con la possibilità di adattare le fasce alla forma della volta. Consente inoltre di conservare una traspirazione, anche se generalmente quest’ultima non è mai realmente traspirante, perchè completamente riempita di materiale arido cementato o sciolto.
Le fasce devono essere orientate secondo le generatrici del semicilindro, nel caso di volta a botte, e delle vele per quelle a padiglione e a crociera. E’ consigliabile migliorare la resistenza alle tensioni taglianti al contatto tessuto-struttura da rinforzare attraverso la posa in opera di perni d’aramide, da inserire nella volta dopo una perforazione e da collegare ad essa con resine epossidiche bicomponenti.
Le lesioni presenti devono essere sanate facendo uso della fasce stesse, ma dopo una risarcitura della muratura con l’immissione a forza di cunei d’acciaio per ripristinare il contrasto perso tra gli elementi e con successiva legatura per mezzo di resine epossidiche o con altro materiale idoneo. La posa in opera del composito dovrà inoltre essere preceduta da una profonda e meticolosa pulizia dell’estradosso della volta e dalla preparazione della base sulla quale esso sarà applicato attraverso il livellamento di tutte le scabrosità presenti. In seguito sarà steso a pennello o con il rullo il primer di resina epossidica per esaltare l’adesione delle fasce alla muratura.
8.5.3 Interventi reversibili con calcestruzzo armato rimovibile Questa soluzione, praticata ampiamente negli anni ‘80 e ’90, è in una fase d’impopolarità, per motivi legati soprattutto all’estraneità storica del cemento alle murature tradizionali. Dal punto di vista strutturale non ci sono testimonianze, e tanto meno sperimentazioni, che neghino l’efficacia o ne evidenzino la dannosità.
Con la tecnica della cappa armata di calcestruzzo alleggerito si aumenta la sezione resistente della volta e si diffonde un rinforzo in ogni suo punto. Il collegamento tra la nuova struttura e la muratura avviene per effetto dei legami tra il cemento, la pietra o i laterizi. Questo può essere migliorato, quando in assenza d’impedimenti come affreschi o decori
Figura 53. Consolidamento di una volta a crociera con calcestruzzo di cemento alleggerito armato.
La soletta estradossale di calcestruzzo alleggerito di cui si parla è composta da una rete elettrosaldata di acciaio nervato, generalmente Ø 8 mm, se Ø 6 mm anche a doppio strato, posta in opera seguendo la conformazione della volta sulla quale, precedentemente, deve essere eseguita un’approfondita pulizia da ogni materiale detritico e da polveri, così da agevolare il legame del calcestruzzo alla stessa. La rete dovrà inoltre essere risvoltata sulle murature dei piedritti e fissata su di esse con perforazioni armate, ad interasse generalmente compreso tra 50 e 80 cm. Le perforazioni d’ancoraggio alla struttura non dovrebbero superare il diametro di 10-24 mm ed essere inclinate di 10° verso il basso. Queste dovrebbero inoltre raggiungere una lunghezza di ¾ della larghezza del muro
cementizi di nuova generazione idonee per questi interventi, caratterizzati da tempi per il raggiungimento di almeno il 70% della maturazione nei primi 30 minuti.
L’uso di questa soluzione con il calcestruzzo leggero, confezionato in cantiere con argilla espansa o con polistirolo, può modificare il punto di vista ricorrente nei confronti di questo materiale per una continuità del suo utilizzo nel consolidamento strutturale degli edifici di valore storico architettonico: ciò ha una giustificazione filologica nella possibilità di rimuovere con un utensile a mano il calcestruzzo così composto senza traumatizzare la volta sottostante, creando inoltre un’analogia anche nelle resistenze e quindi nelle inerzie tra muratura esistente e struttura di rinforzo.
Gli interventi di rinforzo delle murature sono mirati al risanamento ed alla riparazione di murature deteriorate e danneggiate ed al miglioramento delle proprietà meccaniche della muratura.
Il tipo d’intervento da applicare andrà valutato anche in base alla tipologia ed alla qualità della muratura. Gli interventi dovranno utilizzare materiali con caratteristiche fisico-chimiche e meccaniche analoghe e, comunque, il più possibile compatibili con quelle dei materiali in opera. L’intervento deve mirare a far recuperare alla parete una resistenza sostanzialmente uniforme ed una continuità nella rigidezza, anche realizzando opportuni ammorsamenti qualora mancanti.
A seconda dei casi si potrà quindi procedere mediante: • riparazioni localizzate di parti lesionate o degradate;
• ricostituzione della compagine muraria in corrispondenza di manomissioni quali cavità, vani di varia natura;
• miglioramento delle caratteristiche di murature particolarmente scadenti per tipo di apparecchiatura e/o di composto legante.
8.6.1.1 Intervento di cuci e scuci
L’intervento di cuci e scuci è finalizzato al ripristino della continuità muraria lungo le linee di fessurazione ed al risanamento di porzioni di muratura gravemente deteriorate. Si consiglia di utilizzare materiali simili a quelli originari per forma, dimensioni, rigidezza e resistenza, collegando i nuovi elementi alla muratura esistente con adeguate ammorsature nel piano del paramento murario e, se possibile, anche trasversalmente al paramento
8.6.1.2 Interventi d’iniezione di miscele leganti
L’adozione di iniezioni di miscele leganti mira al miglioramento delle caratteristiche meccaniche della muratura da consolidare.
A tale tecnica pertanto non può essere affidato il compito di realizzare efficaci ammorsature tra i muri e quindi di migliorare, se applicata da sola, il comportamento d’assieme della costruzione. Tale intervento risulta inefficace se impiegato su tipologie murarie che per loro natura siano scarsamente iniettabili quali quelle caratterizzate da una scarsa presenza di vuoti e/o vuoti non collegati tra loro.
Particolare attenzione va posta nella scelta della pressione d’immissione della miscela, per evitare l’insorgere di dilatazioni trasversali prodotte dalla miscela in pressione. Nel caso si reputi opportuno intervenire con iniezioni su murature incoerenti e caotiche, è necessario prendere provvedimenti atti a ridurre il rischio di sconnessione della compagine muraria e di dispersione della miscela. Particolare attenzione dovrà essere inoltre rivolta alla scelta della miscela da iniettare, curandone la compatibilità chimico - fisica-meccanica con la tipologia muraria oggetto dell’intervento.
