Il restauro sostenibile delle strutture murarie: dai sistemi ad altissima resistenza in acciaio e basalto alle reti in fibra naturale

Il consolidamento delle murature storiche sta evolvendo verso soluzioni sempre più leggere, compatibili e reversibili, capaci di migliorare la sicurezza sismica senza alterare il valore architettonico degli edifici. Accanto ai tradizionali sistemi di rinforzo si affermano oggi tecnologie innovative basate su acciai ad altissima resistenza, compositi FRCM e FRP, fibre di basalto e reti naturali in lino o agave. Un approccio che coniuga prestazioni strutturali, sostenibilità e rispetto dei materiali originari, offrendo nuove opportunità per il restauro di edifici storici, chiese e beni monumentali.

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Restauro strutturale sostenibile: il nuovo paradigma del consolidamento delle murature storiche

Il panorama del restauro strutturale e del miglioramento sismico sta vivendo una profonda trasformazione culturale e tecnica, spinta dalla necessità di tutelare un patrimonio monumentale fragile e unico. All'interno di questo scenario, la conservazione dei complessi monumentali e dei luoghi di culto rappresenta una delle sfide più complesse per l'ingegneria e l'architettura: gli ampi spazi interni privi di orizzontamenti intermedi, la presenza di grandi aule assembleari, le absidi, i transetti e le alte facciate rendono le chiese, i complessi monastici e gli edifici di culto intrinsecamente vulnerabili alle azioni sismiche.

Per decenni, l'approccio dominante si è basato sull'impiego di materiali massicci e rigidi, come l'intonaco armato con reti elettrosaldate o i pesanti cordoli in cemento armato. Nel tempo, tuttavia, la pratica del cantiere, le evidenze dei sismi storici e la ricerca universitaria hanno evidenziato i limiti di queste soluzioni, spesso responsabili di alterazioni nei flussi delle spinte geometriche, di dannosi incrementi di massa e di una marcata incompatibilità chimico-fisica con i supporti storici e gli eventuali apparati decorativi. Oggi la sfida consiste nel garantire la sicurezza strutturale attraverso interventi che siano al contempo leggeri, reversibili e capaci di rispettare l'organismo edilizio originario e le sue specificità spaziali. Questa necessità ha guidato lo sviluppo di tecnologie sofisticate, capaci di coniugare metalli ad altissima resistenza, connessioni meccaniche d'avanguardia e matrici inorganiche o biologiche a basso impatto.

Un esempio emblematico di questo cambio di paradigma è rappresentato dalla moderna concezione dei cordoli in sommità. Per assicurare il comportamento scatolare di un edificio, evitando il ribaltamento fuori piano delle facciate, la carpenteria pesante viene oggi sostituita da cordoli in muratura armata con tessuti unidirezionali in acciaio galvanizzato STEEL NET G ad altissima resistenza, noti come UHTSS, caratterizzati da una grammatura variabile da 700 a 1350 grammi per metro quadro.

Questi nastri ultrasottili vengono stesi all'interno di letti di malta LIMECRETE in calce idraulica naturale NHL in classe M15 ai sensi della norma EN 998-2, integrandosi perfettamente nella tessitura muraria esistente o ricostruita. Dal punto di vista meccanico, l'acciaio assorbe gli sforzi di trazione indotti dalle azioni sismiche, mentre la muratura continua a sopportare gli sforzi a compressione. Il collegamento del cordolo alla sottostante muratura viene eseguito con barre verticali in fibra di basalto, distribuite a quinconce.

La soluzione è stata adottata nella riqualificazione dell’ex complesso militare “Arsenale Austriaco Franz Joseph I “ di Verona, struttura risalente al 1860, composta da 9 fabbricati con murature in pietrame e coperture in legno.

I tessuti possono essere, in alternativa, disposti esternamente alla muratura per creare con la malta delle fasce di piano alla quota del solaio. Le fasce vengono opportunamente connesse al solaio, ortogonalmente al piano della muratura, mediante speciali connettori a fiocco sempre in acciaio galvanizzato UHTSS, installati con interasse predefinito con speciali resine di ancoraggio.

Quando l'intervento interessa paramenti murari storici facciavista, l'esigenza di preservare l'estetica della tessitura originaria impone di operare esclusivamente all'interno dei giunti di malta. In questo contesto si inseriscono i sistemi reticolari che sfruttano trefoli in acciaio UHTSS galvanizzato, installati attraverso la scarnitura dei giunti per alloggiare una maglia continua di trefoli ad alta resistenza.

Il vero punto di forza del sistema risiede nel pretensionamento dei nodi del reticolo, che vengono resi solidali alla parete attraverso l'infissione ortogonale a secco di barre elicoidali in acciaio inossidabile. Tra gli interventi realizzati, quello eseguito presso durante il restauro post sisma 2009 della Basilica di S.Maria di Collemaggio (AQ), riveste un particolare pregio. Questo reticolo invisibile esercita un'azione di confinamento continuo sui singoli elementi lapidei o laterizi, impedendo il disfacimento della parete sotto l'effetto delle accelerazioni sussultorie, per poi scomparire del tutto alla vista una volta eseguita la ristilatura finale con malte compatibili.

Il sistema ANCHORSTEEL NET è stato adottato con successo nel consolidamento dell’imponente “Torre dell’Orologio” di Massa. L'edificio, a base quadrata e alto circa 50 metri, risale al 1933 ed è composto da una struttura interna in calcestruzzo armato con pilastri rettangolari e una scala voltata che irrigidisce l’intera opera. La struttura presenta inoltre un paramento interno in calcestruzzo e uno esterno in mattoni.

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Il sistema di rinforzo, che ha consentito di preservare il facciavista in mattoni del paramento esterno, è stato ancorato al paramento interno tramite il sistema CRM RG 66 NET BA e le barre elicoidali passanti STEEL ANCHORFIX 10, ripiegate a L. Questo sistema misto è stato testato anche presso i laboratori dell’Università di Bologna attraverso una campagna sperimentale eseguita su una muratura standard con tessitura fiamminga. Lo studio, basato su prove di compressione diagonale, ha indagato il comportamento nel piano delle pareti in muratura rinforzata.

I test hanno dimostrato che l'intervento di rinforzo ha incrementato la capacità di resistenza a taglio del paramento murario di circa il 20%, evitando un sovraccarico di rigidezza. Spesso, rinforzi troppo pesanti quadruplicano la resistenza, ma rendono la parete eccessivamente rigida. In caso di terremoto, una struttura simile attira su di sé l'energia del sisma, rischiando di far collassare i solai o le fondazioni limitrofe. L'intervento di rinforzo si dimostra pertanto equilibrato, poiché trasforma la modalità di collasso da fragile (improvvisa) a duttile (progressiva).

L'evoluzione tecnologica della ristilatura armata ha trovato la sua massima espressione nei sistemi di aggancio meccanico e confinamento, noti come sistemi SAC, anch’essi ideali per il mantenimento del facciavista del paramento.

Questo approccio unisce l'efficacia del rinforzo complanare alla sicurezza degli ancoraggi antiribaltamento profondi. L'intelaiatura superficiale viene realizzata inserendo nei giunti orizzontali tra i mattoni, le barre elicoidali STEEL ANCHORFIX in acciaio inox con un diametro di 6 mm che a loro volta sono collegate mediante uno speciale manicotto di raccordo a T alla barra elicoidale di diametro 10 mm infissa ortogonalmente al piano del paramento. La speciale geometria ad elica delle barre funge da filettatura continua, offrendo una presa ottimale sulla malta da ripristino e assorbendo le tensioni di trazione e di taglio. La barra trasversale opera come un vero e proprio diatono artificiale, che cuce i diversi paramenti della muratura, bloccando sul nascere i cinematismi di ribaltamento fuori piano.

Parallelamente ai sistemi meccanici a secco, l'ingegneria del consolidamento si affida ampiamente ai sistemi compositi FRCM, in cui le reti strutturali vengono abbinate a matrici inorganiche. Nel restauro si prediligono malte a base di pura calce idraulica naturale in classe M15, capaci di fornire la necessaria traspirabilità con comportamenti meccanici più compatibili con le caratteristiche delle murature. All'interno di questa categoria, la scelta del rinforzo varia in base agli obiettivi progettuali. Le reti in fibra di basalto B-NET 250 BA e B-NET 450 BA, di diversa grammatura e prestazione, si distinguono per un modulo elastico molto vicino a quello della muratura e per un'eccezionale resistenza al fuoco, rendendole ideali per interventi diffusi e uniformi su pareti irregolari o strutture voltate. Di contro, i tessuti STEEL NET in acciaio galvanizzato UHTSS offrono prestazioni meccaniche insuperabili a fronte di carichi ciclici intensi, garantendo una maggiore duttilità grazie alla capacità dei microtrefoli di ridistribuire le tensioni concentrate, una caratteristica che li rende la scelta d'elezione per il placcaggio di maschi murari e pilastri in muratura fortemente sollecitati.

Infine, una delle frontiere più affascinanti e sostenibili del restauro strutturale riguarda il consolidamento delle strutture voltate leggere, come le volte in incannucciato, in foglio o con mattoni disposti in coltello. All'interno di questa specifica categoria di manufatti storici, una criticità rilevante è rappresentata dai sistemi di controsoffittatura e dalle volte a cannucciato, strutture per loro natura fragili, soggette a fenomeni di fessurazione, distacco dell'intonaco e vulnerabilità sismica locale. Per rimediare a questi difetti preservando lo scheletro in canne palustri, la moderna ingegneria introduce l'uso di sistemi FRP (Fiber Reinforced Polymers) basati su tessuti in fibra di basalto abbinati a matrici resinose.

Questa tecnologia si rivela necessaria per fornire prestazioni meccaniche adeguate in termini di adesione e resistenza intrinseca, assicurando un placcaggio ultrasottile ma tenace all'estradosso della volta o direttamente sull'estradosso del cannucciato. L'impiego del basalto in matrice resinosa permette di stabilizzare le arelle lignee e la relativa orditura di supporto, bloccando i cinematismi di collasso per flessione o trazione senza gravare sulla stabilità globale dell'arco. Laddove l'esigenza conservativa ed ecocompatibile richieda un approccio ancora più flessibile e biologico per questi elementi leggeri, la soluzione ideale prevede invece l'impiego di reti in fibra naturale di lino NFL-NET o di agave NFA-NET, stese sempre con malte a base calce.

Queste fibre biologiche sono state impiegate per il consolidamento degli elementi voltati presso il Convento di Collemaggio (AQ) in quanto possiedono un modulo elastico contenuto e una notevole leggerezza. Infatti vengono spesso applicate all'estradosso dei cannucciati, offrendo la resistenza a trazione necessaria a contrastare l'apertura di cerniere cinematiche distruttive e a prevenire lo sfondellamento o il distacco dei sistemi in camorcanna senza irrigidire localmente la volta. Inoltre, la perfetta affinità igrometrica con i materiali storici e la natura a filiera corta di questi tessuti rispondono appieno ai moderni criteri di bioedilizia. In definitiva, l'integrazione sinergica tra la precisione meccanica dei sistemi FRP e FRCM e la delicatezza dei materiali naturali delinea il futuro di un restauro strutturale sempre più consapevole, sicuro e rispettoso della nostra identità architettonica.

L'Ordine degli Ingegneri e degli Architetti di Macerata, in collaborazione con Confrestauro e G&P Intech, ha organizzato un convegno a Tolentino (MC) dedicato alle tecnologie di sicurezza strutturale post-sisma. L'evento, tenutosi martedì 16 giugno, ha approfondito il restauro e il consolidamento del patrimonio storico.

Guarda il video ufficiale dell'evento!

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FAQ - Restauro sostenibile di strutture murarie

Che cosa sono i sistemi FRCM nel restauro strutturale?

I sistemi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono rinforzi costituiti da reti in fibra abbinate a matrici inorganiche, generalmente a base di calce o cemento, utilizzati per migliorare il comportamento meccanico delle murature.

Quali vantaggi offrono gli acciai UHTSS nel consolidamento delle murature?

Gli acciai UHTSS (Ultra High Tensile Strength Steel) garantiscono elevate resistenze meccaniche con spessori molto ridotti, consentendo interventi poco invasivi e compatibili con il patrimonio storico.

Perché utilizzare fibre di basalto nel miglioramento sismico?

Le fibre di basalto presentano un modulo elastico compatibile con la muratura, sono resistenti al fuoco, leggere e particolarmente adatte agli interventi diffusi su pareti, volte e strutture storiche.

In quali casi vengono impiegate le reti naturali in lino o agave?

Le reti naturali trovano applicazione soprattutto nel consolidamento di volte leggere, cannucciati e strutture storiche dove è richiesta la massima compatibilità con i materiali originali e un basso impatto ambientale.

Quali sono i principi del restauro strutturale sostenibile?

Il restauro sostenibile punta a migliorare la sicurezza e la durabilità degli edifici storici attraverso interventi reversibili, compatibili con i materiali esistenti, poco invasivi e rispettosi del valore architettonico del bene.