Il rinforzo strutturale di edifici in muratura in zona sismica: lo sviluppo di nuove malte duttili

Sommario. Le costruzioni in muratura sono molto diffuse, particolarmente nei centri storici delle città, in quanto questa tecnica costruttiva è stata ampiamente impiegata nel passato. Per via della scarsa qualità dei materiali impiegati nella loro edificazione, queste costruzioni hanno mostrato, in alcuni casi, forti limitazioni nella possibilità di far fronte alle azioni sismiche.
La possibilità di migliorare significativamente le prestazioni di tali costruzioni a fronte delle nuove azioni sismiche di progetto, salvaguardando quindi il patrimonio costruito, ha accresciuto, da diverso tempo, l’interesse nella formulazione di varie tecniche di consolidamento delle murature.
In quest’ottica, in quanto segue, si vogliono riportare alcuni risultati di un progetto di ricerca volto allo sviluppo di nuovi prodotti, e delle relative modalità di messa in opera, al fine di migliorare le prestazioni della muratura storica, non solo in termini di resistenza ma anche di duttilità. Le varie tecniche di intervento considerate verranno applicate ad alcuni provini di muratura storica artificiali, costruiti in modo da riprodurre le stesse caratteristiche delle murature originali e successivamente provati in laboratorio in condizioni di contemporanea applicazione di azioni di taglio e compressione. Le tecniche di consolidamento indagate verranno poi comparate tra loro sulla base dei risultati ottenuti nelle prove di laboratorio.
Infine, verranno presentati i risultati di una prova di compressione diagonale in sito, condotta in controllo di spostamento, come possibilità di indagine del comportamento post-picco di murature storiche.


1 INTRODUZIONE

Il problema della riqualificazione sismica degli edifici in muratura è di notevole attualità in quanto molti dei centri storici delle città europee sono edificati con questa tecnica costruttiva.
Dal punto di vista della morfologia è possibile individuare alcune caratteristiche comuni a tutte le opere in muratura. Queste sono: l’irregolarità della geometria, l’eterogeneità della composizione, la tipologia degli inerti (che normalmente è pietra di cava o di fiume, oppure laterizio). Molto interessante per chi si occupa d’interventi di riqualificazione sismica è inoltre la bassa qualità che si riscontra comunemente nella malta (specialmente in edifici storici), associata ad una scarsa adesione di questa con la pietra o il laterizio. A complicare il problema si aggiunge il fatto che spesso la geometria e la conformazione della muratura non sono immediatamente deducibili dall’osservazione della tessitura muraria. Infatti, è noto come ad una regolarità della tessitura muraria riscontrabile sulle facce esterne non sempre corrisponde a una altrettanto chiara regolarità delle zone più interne dei paramenti murari [1].
Tra le tipologie murarie più frequenti vi sono quelle composte da uno, due o tre paramenti; la loro conformazione interna può essere compresa solo eseguendo carotaggi, endoscopie o altre tipologie d’indagine profonda nel maschio murario.

2 STATO DELL’ARTE
Le tecniche di intervento per la riqualificazione e il restauro delle strutture storiche in muratura, proposte nella letteratura tecnica e scientifica più recente [2], sono principalmente: sostituzione, iniezione, utilizzo di intonaci armati, ristilatura dei giunti di allettamento, uso di tiranti trasversali, messa in opera di tessuti fibrorinforzati. Naturalmente, il controllo della compatibilità con il manufatto esistente, oltre che la fattibilità tecnica, rappresentano prerequisiti imprescindibili per ogni tipologia di intervento. Al fine di formulare e/o validare ipotesi di intervento e di caratterizzare la risposta sismica di paramenti murari sono stati condotti diversi studi di natura sperimentale [2, 3, 4, 5] volti a comprendere al meglio le caratteristiche fisiche, chimiche e meccaniche del problema.
In particolare, il programma sperimentale riportato in [2] ha previsto la realizzazione di 17 campioni di prova, ottenuti dal taglio con sega a filo diamantato di un muro a tre paramenti appositamente costruito. Sui campioni così ricavati sono state eseguite delle prove di compressione sia prima che dopo gli interventi di consolidamento (sia a 30 giorni dalla realizzazione del paramento che a 30 giorni dall’esecuzione dei diversi consolidamenti). Soltanto uno dei 17 muretti è stato sottoposto a prova senza alcun intervento di consolidamento, costituendo quindi il riferimento per la valutazione dell’indice del grado di miglioramento ottenibile con gli interventi.
Durante le prove sono stati monitorati i quadri fessurativi su tutte le facce dei campioni. I risultati ottenuti dalle prove hanno messo in evidenza alcuni aspetti interessanti relativamente al comportamento a compressione delle murature a tre paramenti: sia per i muri originari che per quelli consolidati si è evidenziato come la fessurazione sulle facce si sia manifestata con la comparsa di lesioni verticali o sub–verticali che inizialmente seguono il contorno delle pietre per poi interessare le pietre stesse, mentre, nelle sezioni trasversali, si è osservato il progressivo allontanamento dei paramenti (sfogliazione dei paramenti). Il confronto del quadro fessurativo prima e dopo il consolidamento ha permesso di rilevare, a parità di carico, una drastica riduzione del danneggiamento per i muri consolidati.
Nel campione non consolidato il livello di carico a cui sono comparse le prime fessure verticali significative nella prova a 60 gg dalla costruzione è stato pari a 1,63 MPa, in termini di resistenza a compressione, per un modulo di elasticità compreso tra 177 MPa e 1154 MPa, valori assolutamente comparabili con quanto riportato in letteratura per le murature storiche. Al termine della prova si sono registrate elevate deformazioni trasversali del campione (fino al 19,6%) a dimostrazione che il meccanismo di collasso prevalente nel caso di muri a tre paramenti è quello di sfogliazione. I valori delle proprietà meccaniche ottenute con una o più tecniche di intervento sui restanti muretti sono comparati col campione di riferimento nella Tab. 1.

Tabella 1: Caratteristiche meccaniche ottenute con diverse tecniche di consolidamento [2]

Una possibile interpretazione di questo risultato sta nel fatto che il punto debole dei provini a tre paramenti è il nucleo, sul quale non si registrano in alcun modo dei miglioramenti né dovuti alla ristilatura dei giunti né alla messa in opera di tiranti. Il grado di miglioramento massimo si raggiunge con l’intervento combinato iniezione-ristilatura-applicazione di tiranti.
Un aspetto importante è inoltre che i muri preconsolidati manifestano una deformazione verticale a carico massimo superiore rispetto al caso non consolidato, denotando una maggiore capacità di deformazione in campo plastico. Il decremento di deformazione trasversale a carico massimo è invece pari al 7-16% nel caso delle iniezioni, mentre sale al 40-58% nel caso dei muri tirantati grazie all’effetto di contenimento degli spostamenti relativi tra i paramenti. Da ciò si constata l’effetto positivo sulla deformabilità, in generale, e sulla sfogliazione dei paramenti, in particolare, della muratura compressa, ottenuto sia grazie alle iniezioni che ai tiranti.
All'interno dell'articolo completo, la trattazione delle malte rinforzate con fibre e di un caso reale a L'Aquila, con le relative prove di taglio e compressione.