Rinforzi in SRG applicati sulla superficie estradossale di volte in muratura

Prove di distacco in situ e analisi dei risultati
 
Memoria tratta dagli atti del XVI Convegno ANIDIS - L'Aquila, 2015
 
 ABSTRACT
Il lavoro illustra i risultati di prove di distacco condotte in un edificio del centro storico de L’Aquila su rinforzi applicati all’estradosso di volte in laterizi. Il sistema di rinforzo testato è costituito da un tessuto unidirezionale in trefoli di acciaio ad elevata resistenza, applicato con una malta di calce idraulica naturale. Le prove hanno permesso di determinare la capacità di adesione tra supporto e rinforzo, in una condizione che si può manifestare a seguito dell’apertura di una lesione sull’estradosso della volta. La sperimentazione ha consentito altresì di indagare la prestazione strutturale del rinforzo adeso su una superficie convessa ed eterogenea, tenendo conto delle reali condizioni di cantiere connesse alle modalità di preparazione del supporto e alla maturazione delle malte.
 
INTRODUZIONE
Le volte in laterizi sono elementi strutturali molto diffusi nelle costruzioni esistenti in Italia e in molti altri paesi del mondo. Si tratta spesso di strutture snelle, che negli edifici ordinari coprono luci di alcuni metri con spessori che possono variare da 25cm (volte a due teste, con i mattoni disposti “di punta”) a 12cm (volte ad una testa, con i mattoni disposti “a coltello”), fino addirittura a 4-5cm (volte in foglio). Data la snellezza e la forte dipendenza della capacità portante dalla forma, oltre che dalle caratteristiche di resistenza del materiale (assenza di resistenza a trazione), le volte in muratura sono estremamente vulnerabili a carichi di esercizio asimmetrici, a cedimenti delle imposte e all’azione sismica. In molte delle strutture esistenti vi è quindi la necessità di intervenire per garantire un livello di sicurezza adeguato agli standard normativi attuali.
I rinforzi con materiali compositi si sono dimostrati particolarmente vantaggiosi per la riparazione e il miglioramento sismico degli archi e le volte in muratura (Foraboschi 2004, Valluzzi et al 2001, Borri et al 2009). L’alto rapporto tra peso e resistenza consente infatti di ottenere prestazioni meccaniche particolarmente elevate, senza che a questo corrisponda un aumento delle masse e dei pesi, né una significativa alterazione delle rigidezze. Negli ultimi due decenni, la maggior parte delle attività di ricerca scientifica e delle applicazioni su strutture esistenti hanno impiegato materiali compositi a matrice polimerica (Fibre Reinforced Polymers, FRP). Più di recente, sono invece stati proposti sistemi a matrice inorganica, che offrono alcuni vantaggi rispetto agli FRP in termini di resistenza al fuoco, costi e rapidità di messa in opera, anche su superfici irregolari, traspirabilità e compatibilità chimico-fisica con il supporto, reversibilità. Tutte queste caratteristiche rendono i compositi a matrice inorganica promettenti per le applicazioni sulle strutture in muratura e sui beni culturali (Valluzzi et al. 2014).
L’efficacia di questa classe di rinforzi adesi alla superficie esterna degli elementi strutturali dipende dalla capacità di trasferimento degli sforzi dal supporto al tessuto, attraverso la matrice. Recentemente, sono state condotte alcune campagne sperimentali per determinare le prestazioni dei rinforzi a matrice inorganica su supporti murari (de Felice et al. 2014, De Santis e de Felice 2015b, Razavizadeh et al. 2014), che hanno fornito alcune indicazioni importanti circa i carichi di distacco e le modalità di rottura, evidenziando la forte dipendenza di questi dalle proprietà meccaniche del supporto e della matrice, dal layout del tessuto, dalle caratteristiche della superficie di adesione (curvatura, rugosità) e dalle condizioni di maturazione delle malte. Tuttavia non è ancora chiaro fino a che punto i risultati delle prove condotte in laboratorio su provini in piccola scala possano essere estesi alle condizioni del cantiere.
Il lavoro illustra i risultati di prove di distacco su rinforzi in materiale composito applicati alla superficie estradossale di volte in laterizi. La tipologia di rinforzo utilizzata è costituita da un tessuto unidirezionale composto da fili in acciaio galvanizzato ad elevata resistenza (UHTSS, Ultra High Tensile Strength Steel) intrecciati in modo da formare trefoli. Il tessuto è applicato in strisce di 150mm di larghezza sulla superficie estradossale della volta, opportunamente preparata prima dell’installazione, per mezzo di una malta a base di calce idraulica naturale. Il sistema è generalmente chiamato in letteratura con il nome di Steel Reinforced Grout (SRG) ed ha una prestazione particolarmente buona per le applicazioni con le malte perché la rugosità dei trefoli garantisce una ottima capacità di trasferimento di sforzi con la matrice, impedendo che il tessuto scorra al suo interno (Ascione et al. 2015).
Le prove sono state condotte in situ, in un edificio del centro storico de L’Aquila fortemente danneggiato da sisma del 2009 ed attualmente interessato da importanti lavori di ricostruzione e miglioramento sismico. Le modalità di prova sono state progettate allo scopo di simulare la sollecitazione che si verrebbe a creare nel rinforzo a seguito dell’apertura di una lesione sull’estradosso della volta, per effetto della formazione di un cinematismo, in modo da valutare la reazione che il rinforzo è in grado di assicurare prima del distacco. Le condizioni di prova, inoltre, consentono di indagare l’effettiva prestazione strutturale del rinforzo tenendo conto delle problematiche di cantiere connesse alle modalità di preparazione del supporto, all’applicazione e alla maturazione delle malte.
La sperimentazione ha fornito il carico di distacco del rinforzo dal supporto. Tale valore, opportunamente ridotto attraverso coefficienti parziali di sicurezza, può essere di ausilio nel dimensionamento dell’intervento di rinforzo, oltre che nella verifica e nel collaudo della volta consolidata. La modalità di collasso, l’evoluzione del quadro fessurativo e l’andamento del carico applicato al crescere dello spostamento imposto hanno inoltre fornito alcune indicazioni sui meccanismi resistenti che si attivano quando si innesca il processo del distacco di rinforzi a matrice inorganica adesi a superfici convesse.
 
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