Tecniche innovative di rinforzo di murature storiche

In questa memoria vengono riportati i risultati di una serie di prove di taglio in situ realizzate su murature storiche rinforzate con una tecnica innovativa che prevede l’uso di materiali compositi preformati a base di fibra di vetro ad alta resistenza (GFRP) inseriti all’interno di una matrice non organica.

Sperimentazioni in situ con un intonaco armato di nuova generazione

Le prove sono state effettuate su campioni di due diversi fabbricati: uno in muratura di pietrame sbozzato a due paramenti in Umbria ed uno in muratura di mattoni pieni in Emilia.
Le sperimentazioni sono state realizzate secondo due modalità di prova oramai ampiamente note: prova di compressione diagonale e prova di taglio-compressione con pressione di confinamento esistente.

I materiali di rinforzo (malta, rete in fibra di vetro) sono stati oggetto di una preventiva caratterizzazione meccanica.

I risultati delle prove hanno permesso di determinare la resistenza a taglio delle murature prima e dopo l’intervento ed hanno evidenziato elevati incrementi delle caratteristiche dei pannelli rinforzati.

Gli eventi sismici, anche catastrofici, susseguitisi negli ultimi decenni hanno messo in risalto la vulnerabilità della maggior parte delle costruzioni antiche che di frequente sono ancora utilizzate come residenze, edifici pubblici o altre destinazioni d’uso. Si è quindi reso necessario consolidare murature storiche, spesso meccanicamente scadenti, in cui l’alternativa alla demolizione o alla “fedele ricostruzione” non è affatto semplice da realizzare. 

Così, a partire dalla ricostruzione in Friuli devastato dal sisma del 1976 sono state proposte varie soluzioni di rinforzo. In molti casi, tuttavia, la scarsa sperimentazione e la mancanza di approfondite esperienze hanno portato a interventi di scarsa efficacia, se non addirittura controproducenti. L’uso di cordoli in calcestruzzo armato, particolarmente rigidi ed invasivi su murature scadenti, l’applicazione di adesivi epossidici in ambienti umidi o esposti ai raggi solari, l’impiego di reti metalliche non protette per intonaci armati, il mancato collegamento trasversale tra i paramenti murari e le iniezioni su murature storiche scarsamente iniettabili, sono solo alcuni degli esempi negativi cui si è assistito.

In particolare, l’uso di intonaci cementizi armati con reti metalliche elettrosaldate ha costituito, e costituisce ancora, una rilevante fonte di danni per le costruzioni storiche: indesiderati e mal calibrati incrementi di rigidezza determinati dagli elevati moduli elastici del betoncino utilizzato, quadri fessurativi con distacchi ed espulsioni derivanti dall’aumento di volume delle armature generato dalla corrosione, incompatibilità chimico e fisica tra i supporti murari e il cemento portland. Conseguentemente, nella “Direttiva del Presidente del Consiglio dei Ministri per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale”, emanata il 12 ottobre 2007 e diventata testo di riferimento per le Soprintendenze, l’intervento di consolidamento murario con intonaco armato con reti elettrosaldate viene definito “invasivo e non coerente con i principi della conservazione”. Questo severo giudizio, scritto da un gruppo di lavoro misto Dipartimento della protezione civile - MiBAC (Ministero per i beni e le attività culturali), è stato poi confermato nella successiva Direttiva PCM del 9 febbraio 2011, predisposta per allineare il documento del 2007 alle novità introdotte con le norme tecniche per le costruzioni del 2008.

Tuttavia, negli anni più recenti, si è assistito ad una importante evoluzione dell’intonaco armato, grazie all’impiego di nuovi materiali (reti preformate in fibra di vetro messe in opera con malte a base calce) mediante i quali si ottiene un rinforzo che mantiene inalterate le prestazioni del sistema tradizionale evitandone però le problematiche e i punti deboli.
Per segnare, anche solo simbolicamente, questa innovazione tecnologica (anche in termini di eco-sostenibilità) si vuole qui introdurre il termine di: “intonaco armato 2.0” (i.a. 2.0). In tale sistema la malta cementizia, rigida e chimicamente dannosa per le murature storiche, viene sostituita da malte duttili completamente esenti da cemento, prodotte con calce idraulica (tipicamente: calce aerea + pozzolana) o con calce idraulica naturale NHL. In luogo della rete metallica, vengono poste in opera reti preformate in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), prodotte da filati strutturali in vetro AR (Alkali Resistant) impregnati con resine termoindurenti. In tal modo il problema della corrosione delle armature viene completamente eliminato ed è possibile ridurre lo spessore dello strato di intonaco. Grazie a questi materiali e con gli opportuni accorgimenti per l’ancoraggio (ad esempio: fori non passanti ed effettuati nei giunti di malta) il sistema risulta non invasivo, compatibile con i materiali originari e, in massima parte, reversibile. Appaiono così interamente superate le obiezioni che giustamente erano state poste all’intonaco armato tradizionale (betoncino armato) nella Direttiva PCM del 9 febbraio 2011.

Sempre con riferimento alle tecniche di intervento discusse nella citata Direttiva, è bene chiarire alcuni equivoci cui, nella pratica, si è assistito. Pur prevedendo l’uso di materiali compositi, l’i.a. 2.0 non è un intervento di “placcaggio con compositi”. Tale espressione, infatti, si riferisce esclusivamente a materiali (reti, nastri o quant’altro) posti in opera con resine.
Differenze sostanziali sussistono anche con gli interventi tipo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix), dove reti in fibra vengono messe in opera con malte inorganiche addittivate però con prodotti organici che svolgono il ruolo di legante tra rete e malta. Nell’i.a. 2.0 tali prodotti non sono presenti: l’adesione tra rete e matrice è affidata interamente all’interfaccia malta di calce-rete e al suo comportamento fisico-meccanico, come del resto avviene nel caso di intonaco armato “tradizionale” con rete metallica e malta cementizia.

L’utilizzo di matrici inorganiche è comunque oggetto di ricerca solo da pochi anni e costituisce una valida alternativa all’uso delle matrici organiche, soprattutto a base di resine epossidiche.
Inizialmente, matrici inorganiche sono state studiate e sperimentate in accoppiamento con fibre metalliche (a formare i compositi SRG, Steel Reinforced Grouts) (Matana et al. 2005, Borri et al. 2010), mentre di recente l’interesse dei ricercatori si è indirizzato alle reti in composito a base di fibra di vetro, basalto o aramide che presentano interessanti proprietà meccaniche unitamente a costi limitati (Prota et al. 2006, Gattesco e Dudine 2010, Garmendia et al. 2011).

Nel presente articolo vengono presentati i risultati di alcune sperimentazioni in situ, condotte quindi su murature reali, confrontando la risposta a taglio di due diverse tipologie murarie nella situazione originaria e nella situazione rinforzata con i.a. 2.0.

Sono poi illustrati i risultati di una ulteriore sperimentazione che realizzata con lo scopo di indagare sulla effettiva possibilità di rimozione dell’intonaco armato (prova di reversibilità) dalle murature su cui è stato applicato, a marcare, anche in questo caso, una sostanziale e positiva differenza con l’intonaco armato “vecchia maniera”.

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