Rinforzo strutturale con fasce-tiranti di acciaio: particolari costruttivi e "Metodo-Dispositivo Massimo Mariani”

Continua l’esposizione di tecnologie e di metodi di consolidamento e restauro strutturale degli edifici in àmbito sismico ideati ed applicati da Massimo Mariani, tra i maggiori esperti in questo settore, che faranno parte della pubblicazione “Particolari Costruttivi 2”.

Rinforzo di edifici in muratura con fasce-tiranti di acciaio

Questa tecnica per il consolidamento o per il rinforzo strutturale diretta in particolare ad edifici in muratura, prevede l’uso di profilati piatti di acciaio (fasce-tiranti) che, successivamente alla loro messa in opera, rimarranno coperti dall’intonaco che ne occulterà la presenza.

Il compito è quello di collegare tra di loro muri portanti o di ricostituire continuità a strutture dissestate o scarsamente unite all’origine e, al contempo, di collegare pareti tra di loro contrapposte a guisa anche di semplici tiranti-catene tradizionali fornite di capichiave alle estremità.

Le loro dimensioni in genere variano da 150 mm a 250 mm di larghezza e da 8 a 12 mm di spessore. 

Un fattore predominante per eseguire questa tecnica è la manovrabilità dei singoli suoi componenti che dovranno possedere un peso che consenta il posizionamento e la lavorazione esclusivamente a mano. Per questi motivi le fasce-tiranti di acciaio dovranno essere frazionate in tratti di lunghezza manovrabile e successivamente collegati sul posto con saldature a cordone continuo a completa penetrazione.

Prima di porre in opera le fasce, rimosso l’intonaco che potrebbe essere asportato per una larghezza di poco superiore alla loro si crea uno strato di livellamento con un calcestruzzo di sabbia, calce, cemento bianco e acqua (oppure di sabbia, cemento grigio e acqua o con malte fibrorinforzate).

Le fasce-tiranti sono rese solidali alla struttura da consolidare per mezzo di perforazioni armate con barre filettate di acciaio normale o inox, saldabile in entrambi i casi, che avranno il compito su di essa di assorbirne gli sforzi di taglio durante il sisma, o in carenza di resistenza nella fase statica.

Che cos'è il “Metodo-Dispositivo Massimo Mariani". Alcuni particolari costruttivi

Questa tecnica prevede la presollecitazione degli ancoraggi con il metodo e il “Dispositivo Massimo Mariani” che fissano le fasce di acciaio alla parete così da generare una forte adesione tra di loro ed assicurarsi un comportamento unitario del sistema fasce di acciaio-muratura. 

La presollecitazione impressa agli ancoraggi è ottenuta per mezzo di un dispositivo a campana (“Dispositivo Massimo Mariani” – non protetto da brevetto per consentire ai Professionisti, all'occorrenza il suo utilizzo) con il quale, una volta terminata la maturazione delle materie collanti servite per il fissaggio delle barre al muro, potrà essere serrato un dado di testa alla campana del Dispositivo con una chiave dinamometrica e generato, in questo modo, uno stato di sollecitazione ortogonale alla fascia rendendo quest’ultima aderente e collaborante con la muratura.

Le figure 1,2,3 e 4 rappresentano il sistema di fasciature d’acciaio poste su entrambe le facce della muratura portante da consolidare.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

La saldatura della barra alla fascia-tirante è eseguita a riempimento totale della svasatura a 45° del foro il quale potrà essere prodotto in officina o sul posto ricorrendo a trapani o frese a contatto magnetico.

Il collante ottimale dovrebbe possedere una media densità affinchè non percoli e si disperda all’interno dei vuoti della muratura. Il suo tempo di maturazione dovrebbe essere contenuto entro 15/20 minuti, per il raggiungimento almeno del 70% della presa. Il minimo calore che scaturirà dal processo del suo indurimento non sarà dannoso; la probabile lievitazione di volume del prodotto sarà utile a migliorare l’adesione tra barra e muratura.

Operazioni esecutive

Per prima cosa le fasce-tiranti contrapposte sono posizionate e fissate con stop alla stessa quota. Una delle due fasce è provvista di fori, preventivamente eseguiti in officina o in cantiere, attraverso i quali sono effettuate le perforazioni nella muratura.

Successivamente, al fine di ottenere il foro corrispondente nella fascia opposta a quella dalla quale si è operato, la punta del trapano è sostituita con una barra liscia avente il suo stesso diametro alla quale, assialmente, è saldata un’altra punta da trapano del diametro di 4-5 mm che serve a perforare la fascia opposta per individuare, in tal modo, il centro del foro da eseguire ed ottenere la corrispondenza dei fori da collegare con la barra.

La tesatura della barra, una volta saturato il foro, avverrà da entrambi i suoi estremi (sempre figure 1,2,3,4).

Nelle figure 5,6,7 sono disegnate condizioni nelle quali i perni di ancoraggio della fascia al muro sono privi di supporto speculare, senza una corrispondente fascia dall’altro lato. È buona regola che la loro presenza nella muratura non abbia lunghezza inferiore ai 3/4 dello spessore del muro da consolidare.

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Le figure 8,9,10,11,12,13, mostrano le fasce-tiranti doppie che, in corrispondenza degli angoli e degli incroci tra muro esterno e muro interno, costituiscono un sistema di rinforzo fornito anche di capichiave.

A differenza dei tiranti tradizionali a barra (catene) che, attraverso i capichiave puntuali, trasferiscono agli estremi, le sollecitazioni delle due pareti contrapposte da loro vincolate per un reciproco apporto, queste fasce-tiranti, oltre a fornire lo stesso contributo agli stessi, costituiscono un sistema che ripartisce, per mezzo dei perni, le tensioni alla muratura su tutta la loro estensione.

Figura 8

Figura 9

Figura 10

Figura 11

Figura 12

Figura 13

I perni di acciaio, una volta tesati e fissati nella muratura, vengono tagliati con un utensile meccanico a disco al livello della superficie delle fasce. Ciò non lascia protuberanze che avrebbero richiesto un aumento dello spessore dell’intonaco

Questa tecnica prevede, quando necessario, la copertura delle fasce con geotessile onde evitare fenomeni di condensa del vapore nei punti freddi e una retina (Ø ÷ 1.5 mm) reggi-intonaco.

La figura 14 mostra le “fasi di posa in opera delle fasce-tiranti in acciaio interne alle pareti e il tensionamento delle barre filettate di ancoraggio con il “Dispositivo Massimo Mariani”.

Figura 14

Intervento di consolidamento strutturale con fasce di rinforzo in acciaio all'intradosso di volte dissestate

La destinazione del monumento soggetto al rinforzo era di “rudere non praticabile se non per le manutenzioni” (Figura 15).

Figura 15

A parte il fissaggio di tutti gli elementi murari labili, la ricucitura delle lesioni nonché il recupero della continuità murarie dei prospetti del monumento, nell’àmbito strutturale è stato eseguito un rinforzo delle volte degli ambienti, comprese quelle semi crollate, realizzato con fasce (profilati piatti) di acciaio INOX AISI, modellati secondo le curvature e le direttrici delle stesse.

Le fasce sono state fissate alla muratura per mezzo di perforazioni armate con barre filettate anch’esse di acciaio INOX AISI. Queste sono state adattate alle geometrie delle volte su uno strato di malta di livellamento, di micro calcestruzzo, composta da calce e acqua, stesa su un preliminare rivestimento protettivo di gesso alabastrino di minimo spessore (figura 16).

Gli ancoraggi delle fasce alla muratura sono stati eseguiti utilizzando il “Dispositivo Massimo Mariani” il cui procedimento è stato mostrato precedentemente nella figura 14.

Figura 16

Le parti della volta dissestate, ormai rimaste sospese “a mensola”, sono state sostenute dal sistema di fasce testè descritto coadiuvato, da una sovrastante lamiera di acciaio INOX AISI.

Preliminarmente ad ogni operazione all’interno degli ambienti da consolidare, è stata eseguita un’adeguata puntellatura delle volte e di tutte le parti labili del monumento. Ciò è stato ottenuto per mezzo di puntelli di acciaio regolabili e tavolame di castagno di adeguate dimensioni. 

Le aperture delle porte e delle finestre sono state anch’esse cerchiate con fasce di profilato di acciaio INOX AISI, ancorate alle murature con barre di acciaio inserite in fori saturati con miscele epossidiche idonee e pre-sollecitate con il “Dispositivo Massimo Mariani”.

Preliminarmente all’esecuzione delle perforazioni armate sono state eseguite prove di trazione su barre di diversa lunghezza, portate fino a sfilamento o alla rottura delle stesse.

Ringrazio i miei allievi-collaboratori Luca Ranocchia, Nicola Pero Nullo, Stefano Gesumaria e Fulvio Massimo Mariani per aver partecipato con i disegni a questo articolo.

Ogni tavola di dettaglio sarà scaricabile in PDF in alta risoluzione, in fondo all’articolo e, per concessione dell’autore, tutti i disegni non sono coperti da copyright quindi potranno essere utilizzati per fini professionali personali.