Interventi locali su murature scadenti: disgregazione, ristilatura dei giunti

IN BREVE
> In un intervento locale su una parete muraria per la realizzazione di una nuova apertura o la modifica di una esistente, l’inserimento di un telaio di cerchiatura, con collegamento alla muratura esistente, richiede muratura, e quindi malta, di buona qualità, altrimenti all’interfaccia telaio-muro si innescano disgregazioni. Una malta scadente può essere rigenerata con un intervento di ristilatura profonda dei giunti, eventualmente armata.

> La ristilatura profonda dei giunti determina incrementi di resistenza e di rigidezza che dipendono dallo spessore della muratura e dalla profondità di scarnitura. Nelle NTC18 la ristilatura non armata non compare fra i tipi di consolidamento che migliorano i parametri meccanici tramite coefficienti correttivi. Nel presente lavoro si propone un metodo coerente con le Normativa per definire coefficienti correttivi per la ristilatura non armata.

> Se nello stato di fatto la malta scadente si accompagna all’assenza di ricorsi e di connessioni trasversali, sotto azioni sismiche la parete può essere soggetta a disgregazione, crisi di tipo fragile. La necessaria riqualificazione della muratura le conferisce una duttilità originariamente assente: il confronto fra Stato di Progetto e Stato Attuale in termini di capacità di spostamento dovrà ritenersi automaticamente soddisfatto.

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Intervento locale con telaio di cerchiatura su muratura scadente

Come noto, gli interventi locali sulle pareti in muratura, fra i quali quelli che prevedono la modifica di aperture esistenti o la realizzazione di nuove aperture con posizionamento di telai di cerchiatura, vengono dimensionati attraverso verifiche di confronto fra Stato Attuale e Stato di Progetto riguardanti rigidezza, resistenza e capacità di spostamento. Risulta così soddisfatto il controllo sulla sicurezza statica e sismica della parete oggetto di intervento.

Le verifiche di sicurezza sono determinate dalle caratteristiche meccaniche della muratura allo stato di fatto, e dalle modifiche strutturali previste dal progetto.

L’inserimento di un telaio di cerchiatura, con collegamento alla muratura esistente, richiede muratura, e quindi malta, di buona qualità, altrimenti all’interfaccia telaio-muro si innescano disgregazioni. Pertanto, un intervento locale che, a causa di modifiche sulle aperture, richieda un telaio di cerchiatura deve prevedere necessariamente la rigenerazione della malta. Una malta scadente può essere rigenerata con un intervento di ristilatura profonda dei giunti, eventualmente armata.

La ristilatura profonda dei giunti determina un incremento di resistenza che dipende dallo spessore della muratura e dalla profondità di scarnitura.

La Normativa cita la ristilatura dei giunti nell’àmbito degli interventi di consolidamento:

C8.7.4.1 Criteri per gli interventi di consolidamento degli edifici in muratura
4. Incremento della capacità delle pareti
"(…) L’intervento di ristilatura dei giunti, se effettuato su entrambe le superfici esterne, può migliorare le caratteristiche meccaniche della muratura incrementandone, di fatto, l’area resistente. Particolare cura deve essere rivolta alla scelta della malta da utilizzare in relazione a quella esistente. L’eventuale inserimento nei giunti “ristilati” di piccole barre, trefoli o piattine metalliche o di altri materiali resistenti a trazione, specie se ancorati alla muratura attraverso connessioni trasversali dei paramenti ed organizzati come sistema continuo nelle tre direzioni, può migliorare ulteriormente l’efficacia dell’intervento. (…)"

  

La ristilatura non armata è quindi presente nel testo normativo, ma non viene esplicitamente inclusa negli Interventi di consolidamento che migliorano i parametri meccanici tramite coefficienti correttivi (cfr. Tab. C8.5.II).

Nel presente lavoro si propone un metodo coerente con la Normativa al fine di individuare idonei coefficienti correttivi per l’intervento di ristilatura non armata.

Lo studio dell’intervento su una parete caratterizzata da malta scadente, per la quale è prevista la riqualificazione della muratura attraverso la ristilatura profonda dei giunti, richiede inoltre un approfondimento qualora allo stato di fatto la malta scadente si accompagni all’assenza di ricorsi e di connessioni trasversali: in tal caso, sotto un’accelerazione sismica rilevante la parete è soggetta a disgregazione, una crisi di tipo fragile particolarmente temibile che precede l’attivazione dei cinematismi per corpi rigidi e lo sviluppo delle capacità di resistenza e di deformazione.

In tal caso, venendo a mancare le risorse di duttilità, il modello elasto-plastico degrada in elasto-fragile: l’annullamento del tratto plastico consente il rispetto della Normativa, che in §C8.7.1 indica l’opportunità di “riconoscere e analizzare, per quanto possibile, tutte le criticità locali (anche quelle difficilmente quantificabili) che possano determinare situazioni di fragilità e rotture rovinose in occasione di scuotimenti”.

La necessaria riqualificazione della muratura conferirà alla parete una duttilità originariamente assente: l’evoluzione del comportamento da fragile a duttile influisce sul confronto fra Stato di Progetto e Stato Attuale ed è opportuno indagare sulle conseguenti verifiche di sicurezza.

A titolo di esempio, verrà considerata una parete in muratura di pietrame sbozzato con malta scadente, avente allo stato di fatto un’apertura in una posizione prossima all’intersezione con la parete ortogonale.

L’intervento di progetto prevede lo spostamento dell’apertura verso la zona centrale, aumentandone larghezza e altezza; l’obiettivo è inquadrare l’àmbito dell’intervento come locale, secondo i requisiti di sicurezza richiesti dalla Normativa, prevedendo per la muratura un intervento di rigenerazione della malta con ristilatura profonda dei giunti.

L’esempio verrà illustrato sotto due distinte ipotesi relative allo Stato Attuale:

• ipotesi (A): anzitutto, si considera una qualità muraria sufficiente per impedire il fenomeno della disgregazione, grazie alla presenza di ricorsi e di connessione trasversale;
  
• ipotesi (B): successivamente, si analizza la medesima parete ipotizzando che la malta scadente si accompagni all’assenza di ricorsi e di connessione trasversale: questa tipologia, in dipendenza dall’entità dell’accelerazione sismica, risulta soggetta a possibile disgregazione.

 

Modifica di un’apertura in una parete in muratura di scarsa qualità

In una parete in muratura di pietrame a conci sbozzati di scarsa qualità, con malta scadente, è previsto un intervento di modifica di un’apertura. Allo Stato Attuale, l’apertura è posta in una posizione prossima all’intersezione con la parete ortogonale ed ha dimensioni: larghezza 90 cm, altezza 200 cm.

La parete ha altezza di interpiano pari a 3.20 m, e spessore 30 cm. ed è sottoposta ai carichi statici mostrati in figura (con riferimento alla combinazione fondamentale SLU). La parete è interna, si trova al terzo e ultimo piano di un edificio avente altezza H=9.00 m. ed ha quota di base 5.80 m. L’edificio si suppone ubicato nel comune di San Miniato (PI), e la PGA corrispondente a SLV è pari a: ag*S = 0.126*1.200 = 0.151 g.

Allo Stato di Progetto, si prevedono le seguenti modifiche:

• la mazzetta attualmente di dimensione 30 cm. viene portata a 50 cm.
• il vano dell’apertura diviene più grande: la larghezza diventa 150 cm. e l’altezza 220 cm.

In Fig. 1 è rappresentata la parete oggetto di intervento (i carichi si riferiscono alla combinazione SLU per analisi statica).

  

 

A priori, si può immediatamente affermare che il progetto richiederà un consolidamento della muratura; inoltre, potrebbe essere necessario realizzare un telaio di cerchiatura a delimitazione della nuova apertura.

Dal punto di vista strutturale, la scarsa qualità muraria visivamente riscontrata deve essere analizzata con attenzione in modo da poter inquadrare le effettive capacità meccaniche dell’elemento strutturale.

In un caso di questo tipo non appare appropriato adottare direttamente i parametri meccanici proposti nella tabella normativa (Tab. C8.5.I) per la muratura a conci sbozzati, classe tipologica a cui la parete appartiene: occorre indagare sull’effettivo grado di rappresentatività della classificazione proposta, e a questo scopo la Normativa stessa indica in §C8.5.3.1 che è possibile avvalersi di metodi che, utilizzando la lettura visiva dei paramenti e della sezione, consentono di ottenere stime dei parametri meccanici attraverso indicatori di qualità muraria, purché elaborati con procedure di comprovata attendibilità.

Il metodo dell’Indice di Qualità Muraria (IQM) per la valutazione della qualità meccanica delle Murature, messo a punto da Antonio Borri e Alessandro De Maria [1] [2] [3], si basa su un esame visivo dei paramenti e della sezione di un pannello murario, con lo scopo di verificare il grado di rispetto delle regole dell’arte muraria.

Sulla base di tali verifiche si perviene ad un indice numerico che appare ben correlato sia con i parametri meccanici più significativi della muratura in esame, sia con le risposte strutturali attese. IQM consente inoltre una valutazione della maggiore o minore propensione alla disgregazione delle murature soggette alle azioni sismiche, un aspetto determinante nel caso di murature storiche dove si rileva una qualità mediocre con una scarsa consistenza della malta.

La parete in esame è stata quindi analizzata con i criteri del metodo IQM, classificando i parametri richiesti:

• P.D.= ingranamento trasversale / presenza dei diatoni;
• MA. = qualità della malta / efficace contatto fra elementi / zeppe;
• F.EL. = forma degli elementi resistenti;
• S.G. = sfalsamento dei giunti verticali / ingranamento nel piano della parete;
• RE.EL. = resistenza degli elementi.
• OR. = orizzontalità dei filari;
• D.EL. = dimensione degli elementi resistenti.

Basandosi sull’osservazione dei paramenti e della sezione muraria si valuta il rispetto o meno delle regole dell’arte. I possibili giudizi per ciascun parametro sono:

• R. = rispettato;
• P.R. = parzialmente rispettato;
• N.R. = non rispettato.

  

Ipotesi (A): muratura scadente ma non soggetta a disgregazione

Nell’ipotesi (A) la malta risulta scadente ma nella parete sono presenti alcuni filari orizzontali e diatoni in grado di assicurare una connessione trasversale fra i due paramenti murari (coincidenti con le facce della parete).
La scheda di analisi della parete con l’app IQMindex [4] ha prodotto i risultati di seguito riportati (in fig.2 si riporta un caso analogo, per una muratura di blocchi di pietra sbozzata, ciottoli e pietrame a doppio paramento).

 

Dimensioni ricorrenti degli elementi: altezza 10÷17 cm, lunghezza 9÷17, profondità 15÷30 cm

Parametri della regola dell’arte:
P.D.=R, MA.=NR, F.EL.=PR, S.G.=NR, RE.EL.=R, OR.=R, D.EL.=PR
con applicazione del correttivo per malta di pessima qualità.

Risultati per i punteggi di IQM: Azioni Verticali: 3.5, Azioni Fuori Piano: 4.55, Azioni Nel Piano: 3.15
IQM fuori piano risulta > 4.

Secondo la formulazione del metodo IQM, la muratura in esame non è soggetta a disgregazione¹.

¹ Nel metodo IQM, come specificato dagli Autori [3], quando si afferma che “una muratura si può disgregare se il suo IQM è inferiore ad un certo valore”, si intende dire solo che, basandosi sulle osservazioni fatte in occasione dei sismi precedenti, tipologie murarie che avevano quelle determinate caratteristiche hanno presentato il fenomeno della disgregazione con notevole frequenza, ed è quindi logico attendersi un comportamento simile per sismi di analoghe caratteristiche. Tenendo come riferimento le macrocategorie delle tipologie murarie contemplate nella normativa italiana, sulla base delle esperienze condotte nei rilevamenti post sismici dei vari terremoti italiani, gli Autori hanno individuato, per gli edifici ordinari posti in zone con pericolosità sismica medio-alta, il valore di IQM fuori piano = 4 come valore di soglia. Valori di IQM fuori piano eguali od inferiori a 4 dovrebbero richiamare l’attenzione nei confronti di possibili fenomeni disgregativi da parte di chi effettua una valutazione di sicurezza o si accinge ad intervenire su un edificio in zona sismica.

Risultati per i parametri meccanici:

In grassetto sono riportati i valori da utilizzare per la modellazione strutturale dello Stato Attuale della parete, ossia i valori minimi per le resistenze e medi per i moduli elastici, in corrispondenza del livello di conoscenza LC1 (come richiesto dalla Normativa in §C8.5.4).

Per quanto riguarda lo Stato di Progetto, gli interventi di consolidamento dovranno prevedere una rigenerazione della malta che la porti dall’iniziale pessima qualità a condizioni buone. Poiché i coefficienti correttivi sono applicati alle condizioni ‘standard’ (malta di modeste caratteristiche, cfr. §C8.5.3.1), occorre valutare le proprietà della muratura senza il correttivo per malta di pessima qualità.

La scheda IQM elaborata per la muratura già esaminata ma senza correttivo per malta di pessima qualità conduce ai valori degli indici ed i parametri meccanici qui di seguito riportati.

Risultati per i punteggi di IQM: Azioni Verticali: 5, Azioni Fuori Piano: 6.5, Azioni Nel Piano: 4.5
tutti ovviamente maggiori rispetto al caso di malta pessima. I parametri meccanici, da considerare alla base dello Stato di Progetto, sono i seguenti:

 

  

La parete muraria viene analizzata con il software Aedes.ACM [5], nel quale è possibile inserire parametri meccanici personalizzati diversificati fra Stato Attuale e Stato di Progetto.

Si osservi che, avendo valutato i parametri mediante IQM, non risulta necessario utilizzare nel software opzioni riguardanti lo Stato di Fatto, che secondo la Tab. C8.5.II regolano la presenza o meno di malta buona, ricorsi o listature, connessione trasversale: le caratteristiche specifiche della parete esaminata sono state già considerate nel calcolo di IQM e dei parametri meccanici corrispondenti.

La parete verrà analizzata con diversi Stati di Progetto che prevedono la rigenerazione della malta tramite ristilatura non armata e il posizionamento di elementi di rinforzo in acciaio (sola architrave o telaio di cerchiatura). Essendo prevista la ristilatura dei giunti non armata, prima di procedere con le verifiche di confronto fra gli Stati di Progetto e lo Stato Attuale è anzitutto necessario individuare la modalità con cui è possibile rappresentare questo tipo di intervento di consolidamento nel modello di calcolo.

 

Ristilatura dei giunti non armata: modellazione dell’intervento

Come osservato in precedenza, la Normativa tratta esplicitamente la ristilatura dei giunti nell’àmbito degli interventi di consolidamento (§C8.7.4.1), considerando anche un eventuale inserimento di armature quali piccole barre o altri materiali resistenti a trazione.

La ristilatura non armata è quindi contemplata fra gli interventi di consolidamento, tuttavia per questo intervento non c’è una corrispondenza diretta nella tabella dei coefficienti correttivi (Tab. C8.5.II) proposta dalla Normativa per la valutazione dell’incremento dei parametri meccanici a seguito dei vari tipi di consolidamento. E’ pertanto indispensabile definire un metodo per valutare gli effetti dell’intervento tramite ristilatura non armata, metodo che ovviamente deve essere coerente con le indicazioni normative.

Come evidenziato in fig. 3, la tabella citata propone un coefficienti correttivo specifico per la malta buona, nel gruppo di valutazione dello Stato di fatto (fig. 3).

  

La Normativa specifica, inoltre, che “i valori indicati in tabella per i vari tipi di consolidamento delle murature devono essere considerati essenzialmente un riferimento, in assenza di specifiche valutazioni sui valori da adottare per il caso in esame; nel caso di tecniche diverse da quelle indicate nella tabella, i valori riportati costituiscono un utile riferimento”.
Pertanto, tali valori costituiscono un riferimento anche per la ristilatura dei giunti non armata.

La qualifica di ‘malta buona’ fa riferimento a una malta avente migliori caratteristiche rispetto a quella cui si riferisce la tabella C8.5.I che fornisce i parametri meccanici di riferimento, ed il coefficiente correttivo corrispondente si applica sia alle resistenze sia ai moduli elastici.

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INDICE
1. Intervento locale con telaio di cerchiatura su muratura scadente
2. Modifica di un’apertura in una parete in muratura di scarsa qualità
3. Ipotesi (A): muratura scadente ma non soggetta a disgregazione
4. Ristilatura dei giunti non armata: modellazione dell’intervento
5. Ipotesi (A): stati di progetto con rigenerazione della malta e rinforzi in acciaio
6. Disgregazione della muratura: formulazione del modello di calcolo
7. Ipotesi (B): muratura scadente soggetta a possibile disgregazione
8. Ipotesi (B): stati di progetto con rigenerazione della malta e rinforzi in acciaio
Conclusioni