Consolidamento con rinforzi strutturali FRCM: ripristino della volta di copertura e della scala di accesso della Chiesa di Noto

Interventi di rinforzo strutturale: le proposte innovative per la Chiesa della Madonna del Carmine di Noto

L’articolo rappresenta il naturale complemento di quanto illustrato nella parte prima "Diagnosi e recupero strutturale: tecniche di indagine e rilievo per la Chiesa della Madonna del Carmine di Noto" e descrive l’attività svolta per il ripristino e il consolidamento della volta di copertura della cantoria della Chiesa della Madonna del Carmine di Noto ed la ricostituzione della originale scala di accesso al suo soprastante calpestio, interessate da un quadro fessurativo innescato, probabilmente, dagli ultimi eventi sismici.

Il progetto elaborato e realizzato nell’ambito del progetto di ricerca denominato “Smart Art”, inserito nel PO FESR 2014-2020, Regione Sicilia, Azione 1.1.5 ha previsto il consolidamento delle strutture con il ricorso a tecniche di intervento innovative, come i sistemi di rinforzo del tipo Fiber Reinforced Cementitious Matrix, o più semplicemente sistemi FRCM, sempre più spesso utilizzati per il miglioramento delle prestazioni strutturali di costruzioni esistenti, non solo in muratura ma anche in calcestruzzo armato.

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La proposta innovativa di intervento

L’uso strutturale di materiali tecnicamente avanzati è progressivamente aumentato nel corso degli ultimi decenni, accanto ai classici campi di utilizzo come l’automotive e l’aerospace si è progressivamente virato verso manufatti a più “larga” scala come nel campo dell’edilizia ed in particolare nel rinforzo strutturale.

Gli interventi di rinforzo strutturale con materiali compositi fibrorinforzati a matrice inorganica, di seguito denominati FRCM (Fabric Reinforced Cementitious Matrix) sono sicuramente quelli di più recente implementazione e normazione.

Tali materiali – di seguito anche chiamati sistemi di rinforzo FRCM o più semplicemente sistemi FRCM o anche rinforzi FRCM – sono utilizzati per il miglioramento delle prestazioni strutturali di costruzioni esistenti, sia in muratura, che in calcestruzzo armato.

I sistemi FRCM possono essere realizzati utilizzando vari tipi di reti o tessuti, costituiti da fibre di aramide, basalto, carbonio, PBO e vetro alcali resistente (AR), oppure anche fili o trefoli di acciaio ad alta resistenza (UHTSS), abbinati a matrici inorganiche, realizzate con leganti a base di calce o di cemento, con eventuale aggiunta di additivi e promotori di adesione.

L’elevato rapporto fra resistenza e peso dei sistemi FRCM consente di migliorare le prestazioni meccaniche dell’elemento rinforzato, contribuendo essenzialmente ad assorbire le tensioni di trazione, senza incrementarne la massa o modificarne significativamente la rigidezza. Proprio per via del basso spessore necessario ad esplicare la tensione di aderenza al supporto, viene usualmente trascurata la resistenza a compressione del composito stesso.

I rinforzi FRCM mostrano, in generale, buona resistenza alle alte temperature, compatibilità chimico-fisica con i substrati in muratura e in calcestruzzo, una certa permeabilità al vapore; inoltre possono essere preparati ed applicati con semplicità mediante procedure fondamentalmente tradizionali, anche su superfici umide.

In particolare, per le loro proprietà meccaniche, i rinforzi FRCM sono particolarmente indicati nelle applicazioni per le quali sia richiesta la mobilitazione di deformazioni modeste, come tipicamente accade per il rinforzo di murature.

Nel dettaglio l’intervento strutturale effettuato sulla volta è consistito nell’applicazione di un sistema FRCM con malta a base di calce idraulica NHL dello spessore complessivo di 8÷10 mm nel quale è annegata una rete di basalto con grammatura da 250 g/m²; a presidio della delaminazione lungo il perimetro della volta da rinforzare sono stati inseriti specifici connettori a fiocco ϕ10 mm sempre di basalto con un passo di 500 mm.

Per meglio illustrare l’intervento si è provveduto a inserire tre schede grafiche estratte direttamente dal progetto esecutivo.

La sperimentazione preliminare

Nell’ambito del progetto di ricerca “Smart Art”, del quale è capofila la Tradimalt spa, è stata condotta una intensiva campagna sperimentale su due tipologie di rinforzi FRCM.

La sperimentazione si è concentrata sia ad un livello di piccola scala che ad una scala più grande e rappresentativa del comportamento strutturale proprio degli edifici di muratura e di calcestruzzo armato.

Le prove a piccola scala sono prove di caratterizzazione meccanica che hanno lo scopo di misurare sia la resistenza a trazione del composito e sia la tensione di aderenza al variare dei possibili supporti così come richiesto dalle “Linea Guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti” - Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici -Servizio Tecnico Centrale.

Le prove di seguito elencate sono state condotte nel Laboratorio di prove Materiali e Strutture (LAMAS) dell’Università di Messina:

• prove di trazione sulla rete senza matrice inorganica;
• prove di trazione su provini di FRCM;
• prove di distacco dal supporto.

Come prove a scala di elemento si è condotta un’estesa campagna sperimentale relativa alle prove di compressione diagonale su provini di muratura rinforzata e non rinforzata. I test sono stati eseguiti in modo da valutare l’efficacia della tecnica di rinforzo considerata in termini di resistenza e capacità di spostamento, confrontando i risultati di campioni di muratura. Le caratteristiche dei provini, il setup di prova, la procedura di carico e le misurazioni, i risultati finali delle prove e la discussione dei risultati saranno oggetto di una specifica pubblicazione alla fine del processo di certificazione che risulta tutt’ora in corso.

Le prove di laboratorio hanno riguardato 32 (trentadue) prove di compressione diagonale su pannelli murari di due diverse tipologie secondo le seguenti norme:

• ASTM, 2007. ASTM E 519-07: Standard test method for diagonal tension (shear) in masonry assemblages, American Society for Testing and Materials;
• RILEM, 1994. RILEM TC 76-LUM: Diagonal tensile strength tests of small wall specimens, Intemational Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures, London, UK.

La figura seguente illustra le tipologie murarie investigate e le fasi di posa.

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Nel pdf sono presenti:

• La sperimentazione preliminare
• L’intervento in opera