Miglioramento sismico delle murature faccia a vista con connettori in carbonio

La risposta sismica è stata simulata attraverso una sperimentazione in scala reale su tavola vibrante che ha dimostrato l’efficacia di questa soluzione di rinforzo, in grado di impedire la separazione fra i paramenti murari e il collasso per disgregazione, aumentando significativamente la capacità sismica. 

Le tecnologie a basso impatto per la protezione del costruito storico dai terremoti

La vulnerabilità sismica delle costruzioni in muratura, così diffuse nei centri storici di gran parte del territorio nazionale, pone una sfida particolarmente ardua al progettista che deve contemperare la salvaguardia delle caratteristiche storiche e architettoniche con la necessaria garanzia di sicurezza.

Si tratta di una problematica che ha visto impegnati i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria dell’Università Roma Tre, del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica di Sapienza Università di Roma e del Centro Ricerche Casaccia dell’Enea, in collaborazione con l’Azienda Fibre Net, per la simulazione dei meccanismi di disgregazione e collasso delle murature storiche e lo sviluppo di nuove tecnologie di rinforzo.

Il progetto di ricerca è stato finanziato dalla Protezione Civile per il tramite del Consorzio ReLUIS e dalla Regione Lazio nell’ambito dei progetti SISMI (Tecnologie per il miglioramento della sicurezza e la ricostruzione dei centri storici in aree a rischio sismico) e SICURA (Tecnologie sostenibili per la protezione sismica del patrimonio culturale). 

Le attività di ricerca si sono avvalse di una sperimentazione su tavola vibrante dove sono state riprodotte in scala reale le pareti realizzate con gli elementi lapidei provenienti dalle macerie di una delle frazioni di Accumoli secondo le modalità costruttive rilevate sul posto.

L’obiettivo era quello di indagare i fenomeni di collasso per separazione tra i paramenti e disgregazione della muratura indotti  da una tessitura muraria irregolare ed una malta povera di calce, di modestissime proprietà meccaniche (Figura 1). La simulazione del comportamento sismico è stata effettuata applicando alla base dei prototipi le registrazioni dei principali eventi della sequenza sismica del 2016, nelle due componenti orizzontale e verticale, scalando progressivamente l’ampiezza del segnale fino al collasso dei prototipi.

La prima fase della sperimentazione su tavola vibrante è già stata presentata in un articolo su Ingenio, nel quale sono stati illustrati i risultati delle prove condotte sul prototipo non rinforzato e sulla parete consolidata mediante la tecnologia Reticola Plus di Fibre Net.

Questo articolo descrive una tecnologia di miglioramento sismico innovativa, scaturita dalla prima campagna di prove e sviluppata appositamente per le murature in pietrame faccia a vista.

Per queste murature, infatti, non sempre è sufficiente intervenire con dispositivi di ritegno dei meccanismi locali quali catene o cordoli sommitali in muratura armata; il più delle volte è necessario prevedere un intervento distribuito sulla superficie della parete atto a contrastare la disgregazione del muro con la separazione tra i due paramenti, senza poter fare uso di intonaci armati, che andrebbero a compromettere la faccia a vista della muratura. 

La tecnologia di rinforzo sviluppata e sperimentata in laboratorio consiste nell’applicazione di connettori trasversali preformati in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) da inserire in perforazione negli elementi lapidei del paramento esterno (faccia a vista), senza attraversare l'intero spessore del muro in modo da non interessare la superficie interna. L’impiego di connettori di diametro appena 6 mm è tale che, a seguito della stuccatura dei fori, il rinforzo rimanga celato all’interno della parete, preservando le caratteristiche faccia a vista della muratura.

L’applicazione dal paramento esterno lascia indisturbato l’interno dell’edificio, senza compromettere eventuali affreschi o decorazioni e senza interrompere la funzionalità e l’utilizzo da parte degli occupanti. 

Figura 1. Danni rilevati nei borghi storici dell’Appennino Centrale dopo gli eventi sismici del 2016-2017.

I prototipi in muratura e il programma sperimentale

La presente campagna sperimentale scaturisce dai drammatici eventi sismici del centro Italia nel 2016, che hanno evidenziato la grande vulnerabilità delle costruzioni in muratura faccia a vista con il collasso per disgregazione della parete. Il progetto è partito da un’attenta ricognizione delle tipologie murarie originarie in modo da riprodurre il più fedelmente possibile i prototipi da sottoporre a prova su tavola vibrante.

La costruzione è stata eseguita con le pietre provenienti dagli edifici di una frazione di Accumoli, crollati a seguito del sisma, e con una malta di calce formulata per avere le medesime caratteristiche (rapporto calce/sabbia 1/9, granulometria massima 2 mm) dei campioni raccolti in situ. Le modalità costruttive dei prototipi hanno seguito la prassi locale, con due paramenti separati, un nucleo centrale composto da elementi lapidei più piccoli e vuoti, in assenza di diatoni.

Nel complesso, lo studio prevedeva la realizzazione di due prototipi, aventi le medesime caratteristiche geometriche e meccaniche: spessore 50 cm, larghezza 1.6 m, ed altezza 3.7 m, per avere un rapporto altezza/spessore pari circa a 7.5, analogamente a quanto riscontrato in situ. Al fine di replicare le caratteristiche architettoniche degli edifici, il lato anteriore delle pareti è stato costruito in muratura a faccia a vista, mentre il lato posteriore rifinito con un normale intonaco in malta di calce. Un primo campione (denominato UR) è stato testato non rinforzato, un secondo campione (denominato CC), è stato rinforzato con i connettori trasversali in CFRP proposti.

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