Contenimento delle deformazioni nelle murature e loro confinamento: interventi con tiranti-fasce e ristilatura armata

L’articolo analizza due interventi di consolidamento su edifici in muratura interessati da deformazioni e carenze nei collegamenti strutturali, con quadri fessurativi riconducibili ad azioni sismiche.

Le soluzioni progettuali, elaborate da Massimo Mariani*, prevedono l’impiego integrato di tiranti-fasce in acciaio, ristilatura armata e intonaco strutturale, ancorati tramite perforazioni armate con barre filettate attivate mediante il “Dispositivo Massimo Mariani”.

L’approccio consente di incrementare il confinamento murario, migliorare la continuità tra gli elementi strutturali e limitare le deformazioni fuori piano delle facciate.

I casi studio sono accompagnati da tavole progettuali e dettagli costruttivi liberamente utilizzabili, utili per la definizione e la realizzazione di interventi su edifici in muratura esistenti.

^*Testo e tavole progettuali tratti dal NUOVO LIBRO di Massimo Mariani 
INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO E RESTAURO DEGLI EDIFICI IN MURATURA. PARTICOLARI COSTRUTTIVI,
in corso di pubblicazione su INGENIO.
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Contenimento delle deformazioni mediante fasce di ristilatura armata esterna combinate con tiranti-fasce di acciaio ed intonaco armato interno

Intervento descritto nel capitolo "Interventi per ridurre le carenze dei collegamenti", paragrafo 1.5.6

Le lesioni maggiormente evidenti al piano primo dell’edificio di cui si mostra il consolidamento, sono state prodotte dallo scuotimento sismico delle pareti delle facciate che già esprimevano prima di tale evento una propensione allo spanciamento e al ribaltamento verso l’esterno.

Il quadro fessurativo non suscitava grandi preoccupazioni riguardo la stabilità dell’insieme strutturale dell’edificio. È stato previsto quindi il suo consolidamento mediante l’inserimento di fasce-tiranti di acciaio ancorate alla muratura delle pareti interne con perforazioni armate con barre filettate, combinate con l’intervento di ristilatura armata eseguita sulle facciate esterne in modo tale da vincolare i collegamenti tra i maschi murari del fabbricato (figure 1.5.6a, 1.5.6b e 1.5.6c).

È stato previsto, inoltre, il consolidamento delle volte sovrastanti il piano terra e il piano primo dell’edificio mediante la realizzazione di solette in calcestruzzo leggero collegate alle murature perimetrali con perforazioni armate.

I tiranti-fasce, sono stati contenuti all’interno dello spessore dell’intonaco presente e sono stati previsti al secondo, al terzo e al quarto livello del fabbricato. Essi sono stati posizionati al di sotto dei solai di piano, al fine di produrre un effetto cerchiante. Per poter ottenere l’aderenza delle fasce di acciaio alle murature, così da consentire il loro confinamento e la legatura longitudinale, i tiranti-fasce di acciaio sono stati ancorati alle stesse per mezzo di perforazioni nella muratura armate con barre filettate, successivamente saturate con resine epossidiche bicomponenti (è possibile il ricorso a materiali similari di tipo cementizio o calcico resinoso efficacemente equivalenti). Le barre filettate, per mezzo del “Dispositivo Massimo Mariani” ( Approfondisci QUI le caratteristiche del Dispositivo ), hanno il compito di far aderire i tiranti-fasce alla muratura.

È stata inoltre ipotizzata, sempre con l’utilizzo di profilati piatti di acciaio, la completa cerchiatura delle aperture presenti in un locale voltato al primo piano dell’edificio, anche in questo caso collegate alla muratura mediante perforazioni armate con barre filettate saturate con resina epossidica.

La ristilatura armata è stata progettata sulle facciate esterne con fasce di altezza di circa 1.50 m, in corrispondenza dei solai di piano del fabbricato. Con questa tecnica si è ottenuto un rafforzamento strutturale facendo ricorso a funi di acciaio inox da inserire all’interno delle connessure murarie, così da divenirne armatura invisibile, occultata dalla ristilatura delle connessure stesse, utilizzando malta a base di calce e inerti di idonea cromia. I fili di rinforzo, una volta inseriti nelle connessure della muratura, sono stati ancorati alla stessa per mezzo di perni di acciaio, anch’essi inox, inseriti in fori saturati, in questo caso, con resine epossidiche bicomponenti, a media densità e con tempo di maturazione non superiore a pochi minuti, in genere 15. I perni hanno fissato le funi di acciaio alla muratura per mezzo di mini “rostri” che, una volta fissate le funi, sono stati serrati con dadi e rondelle (figura 1.5.6d).

Sul paramento interno della parete, in corrispondenza della fascia di muratura esterna rinforzata con la ristilatura armata, è stata ipotizzata una fascia di intonaco strutturale con una rete elettrosaldata in acciaio e malta fibro rinforzata. cosicché i perni, tutti passanti, hanno avuto il compito di collegare la ristilatura armata con i tiranti-fasce di acciaio e con l’intonaco armato, divenendo anche “diatoni”. La tecnica prevista è stata caratterizzata dalle seguenti fasi di lavoro (figure 1.5.6e, 1.5.6f, 1.5.6g):

• Esecuzione del foro nelle murature senza uso di acqua;
• pulitura del foro con aria;
• inserimento della barra filettata di acciaio di lunghezza pari allo spessore della muratura con l’aggiunta di 10 cm per parte;
• sigillatura del foro da eseguirsi sul lato della ristilatura armata, con malta di calce;
• saturazione del foro, dall'interno dell’edificio con resina epossidica bicomponente (è possibile il ricorso a materiali di pari efficacia concordati e testati con la D.L.) a media densità con maturazione del 70% entro 15 minuti dall'iniezione, previa stuccatura di chiusura del foro attorno al beccuccio di iniezione, al fine di ottenere una soddisfacente saturazione dello stesso.
• Intervento, anche contemporaneo, su entrambe le facce della parete dopo la completa maturazione delle resine, ottenendo, in questo modo, una presollecitazione controllata delle barre attraverso il serraggio dei dadi. Detta operazione consente un adeguato vincolo alle funi della ristilatura armata esterna e alla rete elettrosaldata dell'intonaco strutturale di malta fibrorinforzata armata interna.

L’intervento ha consentito il serraggio dei dadi su entrambe le facce, l’ottenimento del vincolo saldo dei fili di acciaio della ristilatura armata alla parete, nonché il placcaggio della parete per mezzo dell'intonaco strutturale.

Consolidamento strutturale di un edificio con deformazione in atto della sua parete frontale ottenuto con tiranti-fasce di acciaio ancorati alla muratura per mezzo del “Dispositivo Massimo Mariani”

Intervento descritto nel capitolo "Interventi per ridurre le carenze dei collegamenti", paragrafo 1.5.7

Il dinamismo manifestato su un’ala dell’edificio storico oggetto dell’intervento di consolidamento che si rappresenta è mostrato nel quadro fessurativo rappresentato nelle figure 1.5.7a e 1.5.7b.

Le lesioni hanno testimoniato gli effetti della sollecitazione di trazione secondo le direzioni specificate dalle frecce. Le parti del complesso lesionate, in sofferenza strutturale, erano quelle contenenti il corpo scala e la sala dell’archivio limitrofa.

La porzione di edificio contenente la scala era interessata principalmente ai piani terra, primo e sottotetto; erano comunque coinvolti anche i sottostanti primo e secondo seminterrati, ma in maniera minore per le motivazioni che di seguito saranno esposte.

Il prospetto esterno deformato e in uno stato di presso-flessione era caratterizzato soprattutto dalla presenza al piano terra, di una apertura di notevoli dimensioni. Erano inoltre evidenti e utili per il fine che questa analisi si propone, le testimonianze di interventi di consolidamento strutturale sulla facciata, eseguiti nel tempo e costituiti da speroni in muratura e da un folto numero di capichiave di tiranti (catene) di acciaio, disposti essenzialmente sul livello di calpestio del primo piano laddove, all’atto dell’indagine progettuale la concentrazione di lesioni connotanti il distacco verso l’esterno della parete è risultata maggiore rispetto ad altre parti.

Era inoltre evidente su di essa, anche ad un rilievo solamente visivo (non strumentale) una gibbosità, esaltata proprio tra il piano primo seminterrato e il piano sottotetto, che mostrava la sua massima alterazione in corrispondenza degli orizzontamenti nel primo e secondo piano.

La deformazione della parete era stata causata dalle spinte delle volte presenti particolarmente nel vano scala, di per sé elemento vulnerabile perché di discontinuità strutturale verticale e orizzontale; azioni queste incrementate soprattutto dai sismi avvenuti dalla sua costruzione fino all’atto della progettazione.

Ulteriore elemento negativo che ha contribuito al dissesto era dovuto al notevole stato di vetustà delle murature, da molto tempo prive di intonaco verso l’esterno, che hanno continuato a subire azioni di degrado di natura chimico-fisica naturale delle malte loro costituenti.

Come già accennato, anche la presenza della finestra di cospicue dimensioni al piano terra, ha costituito un elemento di impoverimento inerziale della struttura della parete, così da giustificare che proprio nell’àmbito della suddetta apertura si siano esaltate le più evidenti manifestazioni di sofferenza strutturale.

La scelta dell’intervento di consolidamento strutturale che si è attuato è derivata, principalmente, delle seguenti considerazioni:

• la parte dell’edificio in sofferenza era quella che contiene il corpo scala, quindi vani essenzialmente privi di orizzontamenti e di coerenza statica con il restante sistema strutturale la cui parete frontale, sulla quale insistono le volte delle rampe, era soggetta a pressoflessione dovuta alla propria altezza, ai carichi non centrati su di essa, alla mancanza di vincoli da terra alla sommità su tutta la sua estensione e, come già detto, soprattutto alle azioni spingenti lateralmente prodotte dalle volte delle rampe delle scale e dai vani ad esse limitrofi;

• il dissesto, alla luce dei riscontri delle indagini e del rilevamento dell’alterazione strutturale effettuata attraverso lo stato fessurativo ha interessato proprio la parte più deformata: il corpo della scala e la sala limitrofa cosicché, con effetti retrogressivi verso l’interno; le lesioni sulla parete deformata si erano manifestate anche sugli elementi strutturali interni.

Le ragioni sopra esposte, considerando il numero e la posizione delle tirantature d’acciaio (catene) presenti sulla parete in dissesto (Figura 1.5.7c) che, nonostante la loro cospicua presenza ormai non riuscivano più a contenere le azioni prodotte dalle strutture interne e quindi ad impedirne le deformazioni, hanno portato al convincimento che non sarebbe stato idoneo un ulteriore intervento con altri elementi puntuali di acciaio. Come già detto, la parte dell’edificio offesa dal dissesto era ormai estesa anche all’interno dello stesso. Ciò avrebbe costretto inoltre, anche volendo, ad intervenire con tiranti metallici lunghi e di rilevanti sezioni, la cui posizione sarebbe stata oltretutto fortemente condizionata dalla presenza sul fronte della scala.

Sulla scorta delle considerazioni fin qui espresse, l’intervento di consolidamento è stato finalizzato a mettere fine alle deformazioni in atto, prevedendo la ricomposizione dell’efficacia strutturale originaria e quindi l’inibizione delle spinte delle volte e generando, al contempo un vincolo sul perimetro di ogni vano, fino alla parete esterna deformata.

Ciò è stato possibile intervenendo sulle volte della scala, ricorrendo alla loro ricomposizione attraverso lo svuotamento degli attuali riempimenti incoerenti e dannosi dal punto di vista sismico che sono stati sostituiti con calcestruzzo di cemento più leggero del riempimento presente (Figure 1.5.7d, 1.5.7e, 1.5.7f e 1.5.7g). Si precisa che il calcestruzzo adottato, potrà essere rimosso con utensili manuali ma senza produrre percussioni.

Il sistema attuato è di tipo reversibile attraverso la semplice opera di rimozione del riempimento; in ogni caso la struttura così costituita usufruirà anche della presenza di una armatura di acciaio che avrà il compito di rendere contenute le spinte sulle imposte delle volte e di legare l’intorno delle stesse alla parte di edificio dissestata (Figura 1.5.7f).

Le perforazioni armate pertanto costituiranno il giusto vincolo orizzontale necessario per legare la parte sofferente dell’immobile alla restante inerzialmente ancora efficace.

All’intradosso delle volte è stata effettuata la posa in opera di una piccola rete d’acciaio, fissata al rinforzo di calcestruzzo all’estradosso mediante barre e perni anch’essi di acciaio (Figura 1.5.7h). Ciò ha consentito una maggiore sicurezza nei confronti del sisma con una migliore adesione dell’intonaco alla volta.

Il distacco della parete è stato bloccato con fasce-tiranti di acciaio, rappresentate nei particolari della Figura 1.5.7h, che sono state poste all’interno e all’esterno dell’edificio e ad esso rese solidali per mezzo di perni di acciaio inseriti in perforazioni successivamente saturate con resine epossidiche bicomponenti. Detti perni sono stati pre-sollecitati per mezzo del “ Dispositivo Massimo Mariani ” (Cfr.) rendendo in tal modo aderenti le fasce alla parete da consolidare.

È stato previsto inoltre l’inserimento di funi di acciaio inox di piccolo diametro all’interno delle connessure murarie, precedentemente raschiate in profondità, così da consentirne l’alloggiamento al proprio interno. Le funi sono state rese solidali alle murature attraverso perni di acciaio fissati in fori precedentemente eseguiti e riempiti con resine epossidiche bicomponenti (si specifica che l’intervento che si descrive è stato eseguito prima dell’invenzione della “ristilatura armata”).

L’operazione è stata terminata con una stuccatura di malta di calce, sabbia e acqua la cui cromia finale è stata affine a quella del paramento murario sul quale si è intervenuti.

Nella sezione ALLEGATI è possibile scaricare tutte le TAVOLE PROGETTUALI

Leggi l'articolo precedente , con ulteriori tre casi di intervento per la riduzione delle carenze nei collegamenti strutturali delle murature.