Materiali innovativi a servizio del restauro

Il restauro della Basilica di San Domenico a Siena

Con la sua nuda massa laterizia la Basilica di San Domenico si eleva maestosa sul poggio di Camporegio, quasi generata dalla rupe che sovrasta Fontebranda, determinando, insieme alla marmorea cattedrale di Santa Maria Assunta, una visione spettacolare di Siena.

Il complesso con pianta a T di tradizione monastica, si mostra grande e disadorno, con il suo paramento a mattoni movimentato soltanto dalla contrapposizione dei volumi del transetto ed arricchito unicamente dai lunghi finestroni ogivali e dalla successione degli archetti che scandiscono il fianco sinistro del complesso.
Alcuni problemi strutturali hanno di recente indotto il Ministero per i Beni Architettonici ad intervenire sulla porzione di copertura posta in corrispondenza della sagrestia della chiesa, a destra della navata centrale, all’intersezione tra questa ed il transetto.

La copertura originaria, realizzata attraverso capriate disposte ad un interasse di circa un metro, costituite da travi prefabbricate in cemento armato con sezione a doppio T (13x15 cm) e da catene in acciaio del diametro di 20 mm che assorbivano le spinte orizzontali, è posta a protezione di una struttura voltata sottostante interessata da alcuni affreschi di notevole interesse storico-artistico.

Lo studio progettuale si è inizialmente concentrato su una soluzione che prevedesse un consolidamento dell’originaria struttura; intervento più adatto a limitare gli interventi edilizi ed a preservare gli affreschi dai pericoli di possibili precipitazioni atmosferiche che un rifacimento completo della copertura avrebbe comportato.
Tuttavia, analisi tecnico-economiche hanno invece indotto la società di ingegneria Singeco a optare per una soluzione innovativa, in grado di accelerare i tempi di esecuzione (riducendo i rischi di pioggia) e di abbattere notevolmente i carichi in gioco.

Si è quindi deciso di eseguire una nuova struttura costituita da nove capriate in profili pultrusi in FRP (Fiber Reinforced Polimer).
La pultrusione è un processo continuo mediante il quale le fibre di vetro vengono inglobate in una matrice costituita da resina termoindurente e lavorate in modo tale da ottenere profili di forma, dimensioni e caratteristiche meccaniche prestabilite.

Il motivo principale che ha indotto l’Ing. Luca Venturi a ricorrere all’utilizzo dell’FRP è risieduto nella leggerezza e nella durabilità di un materiale, peraltro già da tempo utilizzato in altri settori (attrezzature sportive in fibra di vetro o carbonio, parti di autoveicoli, ecc...), che solo di recente è stato introdotto nel settore del consolidamento strutturale, permettendo di affrontare con successo molte problematiche di risanamento e di restauro.
I materiali FRP (fibre di vetro, carbonio o aramide e resine vinilesteri o epossidiche), nelle varie tecniche applicative disponibili (dalle fibre secche da incollare “in situ” alle reti di armatura piuttosto che ai profili), possiedono infatti caratteristiche particolarmente interessanti: un ottimo rapporto resistenza meccanica-peso, un’elevata resistenza all’aggressione chimica, un’estrema facilità di movimentazione e di posa, assenza di ponte termico e bassa invasività. Caratteristiche di assoluto interesse quando si interviene su edifici storici che richiedono interventi efficaci ma possibilmente anche non invasivi.

Poiché le locali condizioni impedivano il ricorso a gru di qualsiasi tipo, è stata posta una particolare attenzione nei riguardi della facilità di lavorazione e di movimentazione del materiale da utilizzare in cantiere. La particolare leggerezza e la possibilità di lavorare il materiale FRP con comuni attrezzature di cantiere (trapani a batteria con punte per ferro, troncatrici orbitali, etc…), senza peraltro precludere le caratteristiche di resistenza meccanica e la durabilità nel tempo, hanno contribuito ulteriormente a indirizzare la scelta verso l’impiego di profili pultrusi.

Basilica di San Domenico a Siena

La fornitura è stata affidata alla FIBRE NET di Udine, azienda leader nel settore, che ha prodotto nei propri stabilimenti le nove capriate di undici metri e mezzo di lunghezza posizionate in copertura ad un interasse di 2 metri.
Grazie alla collaborazione del Prof. Gattesco dell’Università di Trieste, le capriate, unite da un sistema di arcarecci IPE 150x75x8mm, sono state realizzate attraverso profili C150x45x8 accoppiati. La struttura è stata dimensionata per sopportare il carico statico della soprastante lamiera grecata in acciaio zincato, del strutturale alleggerito (reso collaborante per mezzo di bulloni in acciaio zincato), del manto di copertura in tegole e coppi e del carico della neve.
I collegamenti tra i singoli elementi sono stati previsti con piastre e bulloneria in Fe galvanizzato a caldo e incollaggio con adesivi di tipo poliuretanico/epossidico  così da evitare il rifollamento dei fori. Al fine di garantire la ripartizione dei carichi orizzontali e verticali, la struttura è stata ancorata al cordolo in cemento armato esistente lungo tutto il perimetro dell’edificio.

Il dimensionamento, la verifica e la determinazione delle azioni sulla struttura sono state eseguite in osservanza della normativa vigente di riferimento:

- D.M. 14 gennaio 2008 “Nuove norme tecniche per le costruzioni”;
- Circolare del 02 febbraio 2009 n° 617 C.S.LL.PP, Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove norme tecniche per le costruzioni” ;
- Eurocodice 2 –UNI EN 1992-1-1:2005, Progettazione delle strutture in calcestruzzo: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici;
- Eurocodice 3 –UNI EN 1992-1-1:2005, Progettazione delle strutture in acciaio: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici;
- Eurocodice 3 –UNI EN 1992-1-8:2005, Progettazione delle strutture in acciaio: Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti;
- CNR-DT 205/2007, Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP).

Il peso in volume del materiale impiegato è indicativamente pari a 18 kN/m³; confrontato con un comune acciaio da carpenteria metallica (tipo un S235 o un S275), a parità di profilo il materiale composito utilizzato per l’intervento presenta una maggiore resistenza sia a compressione che a trazione ed un peso di quattro volte inferiore. Basti solamente pensare che il peso di ciascuna capriata, comprensivo delle piastre di collegamento e dei bulloni, è di soli 250 kg. La modellazione delle capriate è stata eseguita in conformità alle prescrizioni normative mediante l’utilizzo di un modello tridimensionale agli elementi finiti.

 Tutte le aste che compongono la struttura reticolare sono state schematizzate attraverso degli elementi monodimensionali beam e sono state considerate incernierate in corrispondenza dei nodi.

Oltre alle verifiche di resistenza e deformazione richieste dalle predette normative, sono state condotte quelle di:

- Resistenza a trazione della sezione indebolita dai fori (verifica della resistenza a strappo);
- Resistenza a scorrimento del profilo pultruso davanti al bullone;
- Resistenza a rifollamento del foro;
- Resistenza del bullone in acciaio.

Per aumentare la resistenza a rifollamento dei profili lungo le direzioni ortogonali e parallele alle fibre, in corrispondenza dei nodi più sollecitati, è stata prevista l’applicazione di rinforzi in FRP dello spessore di 8 mm.
La preparazione, il taglio e la foratura dei profili avvenuta presso gli stabilimenti FIBRE NET di Udine sulla scorta delle indicazioni progettuali, ha consentito di assemblare elementi di lunghezza massima fino ai 6 metri e di peso orientativamente pari a 120 kg, in modo da permettere una facile movimentazione in cantiere.
Al fine di controllare tutte le fasi operative e di garantire prestazioni e caratteristiche del manufatto adeguate, tutte le fasi più critiche (foratura, incollaggi dei rinforzi, realizzazione dei nodi) sono state effettuate direttamente presso gli stabilimenti FIBRE NET.

La foto evidenzia le modalità di ancoraggio delle capriate in FRP alla muratura esistente
   

Dettaglio della capriata

Scarica l’elaborato grafico di progetto in cui si evidenziano le modalità di ancoraggio delle capriate in FRP alla muratura esistente.
Scarica l'esecutivo di progetto con pianta e prospetto i profili in materiale pultruso impiegati per la realizzazione delle capriate realizzate per la copertura della sacrestia della Basilica di San Domenico a Siena.

Note sull’Azienda
FIBRE NET Srl, presso i propri stabilimenti di Udine, progetta e realizza sistemi di consolidamento strutturale con materiali FRP in sistema di qualità secondo la
norma ISO 9001:2008. L’azienda friulana collabora con il Prof. Gattesco dell’Università degli Studi di Trieste e con il Prof. Borri dell’Università degli Studi di Perugia nello sviluppo, sperimentazione e validazione di materiali e tecniche di intervento su edifici esistenti.
Fa inoltre parte del Gruppo di Lavoro nell’ambito del CNR e dei Tavoli di Lavoro presso il C.S.LL.PP. per lo sviluppo normativo dei materiali compositi in FRP.