Interventi di rinforzo strutturale con A-FRP di una Chiesa in Costa Rica a seguito di terremoto

A seguito del terremoto di 7.6 gradi della scala Richter che ha colpito il Costa Rica il 5 settembre 2012, la Iglesya de Nicoya nella provincia di Guanacaste ha subito importanti danni strutturali. A valle di un importante intervento di miglioramento sismico, la Chiesa è stata inaugurata il 24 luglio 2019 dal presidente della Repubblica di Costa Rica Corlos Andrés Alvarado Quesada.
Al progetto di consolidamento strutturale hanno partecipato l’Ing. Domenico Brigante direttore tecnico dell’OLYMPUS e l’ing. Domenico Morrone che hanno proposto l’utilizzo di sistemi di consolidamento strutturale con fibra di aramide AFRP, data l’elevata compatibilità con le murature della Chiesa.
L’analisi della struttura è stata svolta sulla base delle indicazioni delle “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” del Ministero per i Beni e le Attività Culturali e per il Turismo e Il modello del MiBACT è stato adattato alla struttura della Chiesa, tipica dell’edilizia ecclesiastica cattolica coloniale.

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Miglioramento sismico con sistemi FRP della Iglesia De Nicoya in Costa Rica

Il 24 luglio 2019 Carlos Andrés Alvarado Quesada, Presidente della Repubblica di Costa Rica ha inaugurato la riapertura della Iglesya de Nicoya nella provincia di Guanacaste in Costa Rica. La Chiesa è stata oggetto di un importante progetto di restauro e miglioramento sismico a seguito dei danni subiti in occasione del terremoto di 7.6 gradi della scala Richter che ha colpito il Costa Rica il 5 settembre 2012.
La storia di questo tempio è stata segnata da numerose tragedie telluriche, già nel 1830 fu sottoposto a un primo intervento a seguito del terremoto del 3 aprile 1826, sebbene la sua riparazione non durò a lungo, 3 anni dopo, nel 1833, subì gli effetti di un altro forte terremoto a seguito del quale rimase in declino per più di 17 anni.La Parrocchia di San Blas a Nicoya fu dichiarata "reliquia nazionale" nel 1923, aggiungendo ad un piccolo elenco di edifici di culto, tra cui anche la Chiesa di Ujarrás, il Tempio di Orosi a Cartago e l'Eremo di Quebrada Honda. Tuttavia, la serie di tragici eventi è continuata il 5 settembre 2012, con il terremoto di magnitudo 7,6 sulla scala Richter che ha fortemente danneggiato la struttura della Chiesa.

Al progetto del miglioramento sismico della struttura ha partecipato l’ing. Domenico Brigante, direttore tecnico dell’OLYMPUS e l’ing. Domenico Morrone, nell’ambito del progetto di recupero sviluppato dall’architetto Adrián Vindas Chaves, capo dell’Architettutra del Centro de Investigación y Conservación del Patrimonio Cultural del Ministerio de Cultura y Juventud del Costa Rica.

Stato di fatto della struttura pre-intervento

A seguito del terremoto che ha colpito la struttura il 5 settembre 2012, è presente un diffuso quadro fessurativo che interessa la maggior parte delle murature verticale e gli archi in muratura. A seguito degli eventi sismici non erano presenti particolari fenomeni di crollo nonostante i forti danni subiti dalla struttura.

I danni alla struttura sono riassumibili come segue:

  • Danneggiamento della facciata principale con rischio di ribaltamento fuori dal piano della parte sommitale della facciata;
  • Danneggiamento degli archi in muratura a seguito della risposta trasversale dell’aula;
  • Meccanismi di taglio nelle pareti laterali (risposta longitudunale);
  • Danneggiamento delle pareti laterali del transetto.

Analisi e modellazione della struttura

Da un’approfondita analisi della struttura, è stato possibile ipotizzare una strategia di rinforzo strutturale che ha previsto l'uso di sistemi di consolidamento FRP con tessuto in fibra di aramide OLY TEX ARAMIDE, caratterizzato da una elevata compatibilità con la struttura muraria esistente.

La progettazione delle opere di risanamento del complesso monumentale è stata realizzata ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni NTC 2008 e delle “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale” del Ministero per i Beni e le Attività Culturali e per il Turismo.

Le Linee Guida del MiBACT hanno l’intento di specificare un percorso di conoscenza, valutazione del livello di sicurezza nei confronti delle azioni sismiche e progetto degli eventuali interventi, concettualmente analogo a quello previsto per le costruzioni non tutelate, ma opportunamente adattato alle esigenze e peculiarità del patrimonio culturale. La finalità è quella di formulare, nel modo più oggettivo possibile, il giudizio finale sulla sicurezza e sulla conservazione garantite dall’intervento di miglioramento sismico.

Come indicato nelle Linee Guida del MiBACT, è stata effettuata una valutazione preliminare sulla base di un modello a macro elementi per la valutazione della vulnerabilità sismica.

La metodologia considera 28 meccanismi di danno, elencati nel seguito, associati ai diversi macroelementi che possono essere presenti in una Chiesa. Attraverso un opportuno modello, descritto nelle Linee Guida, è possibile valutare un indice di vulnerabilità e quindi l’indice di sicurezza sismica della chiesa. Il modello del MiBACT è stato adattato alla struttura della Chiesa, tipica dell’edilizia ecclesiastica cattolica coloniale.

Gli interventi di consolidamento proposti hanno lo scopo di evitare i seguenti meccanismi di danno sui macro elementi schematizzati:

  • Ribaltamento fuori dal piano della facciata principale;
  • Meccanismi di ribaltamento nella sommità della facciata;
  • Danneggiamento degli archi in muratura a seguito della risposta trasversale dell’aula;
  • Meccanismi di taglio nelle pareti laterali (risposta longitudinale);
  • Ribaltamento delle pareti laterali del transetto;

L’analisi dell’edificio è stata eleborata nel rispetto del “PLAN NACIONAL PARA LA GESTIÓN DEL RIESGO 2010-2015 MARCO ESTRATÉGICO PARA LA APLICACIÓN DE LA POLÍTICA DE GESTIÓN DEL RIESGO”

Modellazione e verifica strutturale 

A seguito dell’analisi per macroelementi realizzata secondo le indicazioni della Linee Guida del MiBACT, è stata effettuata la modellazione della struttura e la verifica ai sensi delle NTC ’08. La modellazione della struttura ha evidenziato la compatibilità dei risultati con la modellazione a macro elementi soprariportata. A valle dell’analisi effettuata è stato quindi possibile dimensionare gli interventi di consolidamento che sono stati progettati con fibra di aramide AFRP OLY TEX ARAMIDE utilizzando il software di calcolo per sistemi di consolidamento FRP “OLY MASONRY APP”.

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Gli interventi di rinforzo strutturale con A-FRP 

Scelta dei materiali di rinforzo – La fibre di aramide AFRP

Il materiale scelto per il rinforzo della struttura OLY TEX ARAMIDE è costituito da compositi polimerici con tessuti uniassiali in fibra di aramide A-FRP.

La scelta della fibra di aramide è legata all’elevata compatibilità di questa tipologia di fibra con le strutture in muratura e ai vantaggi sotto riportati.

I principali vantaggi delle fibre aramidiche sono: 

  • alta tenacità;
  • resistenza all’impatto;
  • capacità di assorbimento delle vibrazioni;
  • buona inerzia chimica ed elettromagnetica; 
  • basso peso specifico;
  • resistenza alle alte temperature;
  • resistenza alla fiamma;
  • resistenza a taglio;
  • elevata resistenza e modulo elastico.

Le fibre aramidiche sono fibre sintetiche sulla base di poliammide aromatici. Nei materiali compositi la fibra commercialmente più importante è la fibra ad alto modulo, la quale è stato introdotto nei primi anni ’70 dalla Du Pont con il nome commerciale Kevlar. Il kevlar possiede una grande resistenza al calore e alla fiamma. Per le sue caratteristiche di resistenza viene utilizzato come fibra di rinforzo per la costruzione di giubbotti antiproiettile, di attrezzature per gli sport estremi e per componenti usati in aeroplani, imbarcazioni e vetture da competizione.

Il Kevlar è stato inventato da Stephanie Kwolek ed è stato brevettato dalla DuPont nel 1973. Nel corso degli anni, questo tipo di fibra sintetica ha ricevuto miglioramenti notevoli in termini di resistenza meccanica. Il kevlar si ottiene per condensazione in soluzione a partire dai monomeri fenilendiammina (para-fenilendiammina) e cloruro di tereftaloile. Come sottoprodotto di reazione si ottiene acido cloridrico.

La produzione è simile ad altre fibre sintetiche: polimerizzazione, estrusione, stiramento. Il polimero viene sciolto in un liquido ed estruso ad una temperatura di circa 200 °C mentre evapora il solvente. 

Uno degli utilizzi più noti del kevlar è nei giubbotti antiproiettile: la sua elevata resistenza è utilizzata per assorbire, tramite deformazione plastica, l'energia cinetica dei proiettili. Di questo materiale sono costruiti anche alcuni elmetti militari, ad esempio il Lightweight Helmet dei Marines.

La descrizione degli interventi di rinforzo strutturale mediante FRP con fibre di aramide

Gli interventi di rinforzo strutturale con fibre di aramide A-FRP OLY TEX ARAMIDE sono stati progettati con lo scopo di consolidare le strutture esistenti ed evitare i meccanismi di danno evidenziati dalla modellazione della struttura.

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