Il rinforzo delle murature con le iniezioni di malta: vantaggi e limiti di applicazione

Iniezioni di malta: una tecnica “storica”

Nella storia recente delle tecniche di rinforzo delle murature, le iniezioni con coli di malta rappresentano una fra le soluzioni più utilizzate e collaudate. Attraverso pompa idraulica in pressione o per semplice gravità, l’intervento consiste nel riempire i vuoti presenti all’interno di tessiture irregolari o a sacco per ripristinare e migliorare la sezione resistente del pannello murario.

In passato venivano iniettate boiacche cementizie, o addirittura resine polimeriche, la cui compatibilità chimico-fisica-meccanica è stata tuttavia messa in discussione nel corso degli anni a favore di più idonee miscele a base di calce aventi caratteristiche similari alle malte esistenti nella muratura.

L’intervento è normalmente previsto su tutte le pareti per il rinforzo complessivo dell’intero scheletro murario, e pertanto classificabile come miglioramento sismico ai sensi del par. 8.4.2. delle NTC2018.

In alcuni casi tuttavia può essere limitato ad una singola porzione muraria al fine di perseguire un rinforzo locale, ad esempio per l’inserimento di nuovi tiranti metallici (incremento nelle murature delle resistenze al punzonamento e schiacciamento) o per sopportare nuovi carichi puntuali (fig. 1): in questi casi il rinforzo acquista un valore di intervento solo locale ai sensi del par. 8.4.1 delle NTC2018.

Le fasi dell'intervento di rinforzo

Tecnicamente l’esecuzione del rinforzo mediante iniezioni prevede le seguenti fasi (fig. 2):

1. Pulizia preliminare delle superfici murarie: se non intonacate, è consigliabile una preventiva scarificatura dei giunti e un idrolavaggio per eliminare parti incoerenti e polveri; se invece intonacate, occorre verificare l’adesione dell’intonaco per evitare insaccature dei coli di malta iniettati.
   
2. Perforazioni necessarie all’immissione delle miscele da eseguirsi in corrispondenza dei giunti di malta con sonde diamantate a rotazione per evitare pericolose vibrazioni: in media sono sufficienti 4 perforazioni al metro quadrato, distribuite a quiconce con una distanza di 10 cm tra due file di fori, con un diametro di 20-24 mm tale da garantire una saturazione omogenea della muratura e inclinati dall'alto verso il basso; la profondità dei fori dovrà essere pari a 2/3 della muratura e mai inferiore a 10 cm; per murature con spessore superiore a 60 cm è auspicabile eseguire i fori da entrambe le facce del paramento.
   
3. Lavaggio interno preliminare: il giorno prima dell'iniezione con acqua in leggera pressione attraverso gli iniettori posizionati procedendo dall'alto verso il basso, così da rimuovere polvere e detriti saturando la muratura; inoltre, ciò permette di identificare eventuali vie di fuga per la miscela non individuate e sigillate precedentemente.
   
4. Iniezioni: la miscela viene introdotta nella massa muraria per pressione, penetrando attraverso i fori muniti di iniettori collegati ad una pompa idraulica o ad aria compressa che la spingono fino a diffondersi all’interno della sezione muraria ad una pressione adeguata alle dimensioni delle fessure, alla condizione statica della muratura ed al tipo di miscela. E’ preferibile effettuare l’immissione a pressione atmosferica, per caduta naturale, in presenza di forte disgregazione muraria, oppure a pressione maggiore negli altri casi ma mai superiore a 2 atm. L'immissione avviene iniziando dalle zone laterali inferiori, perché l’aumento di peso della miscela introdotta non aggravi le strutture murarie già compromesse dal punto di vista statico, per poi proseguire verso il centro; l'operazione è poi ripetuta per gli strati superiori fino alla sommità.
   
5. Conclusione dell’intervento: la muratura si potrà considerare satura quando la malta uscirà dall'iniettore immediatamente sopra a quello di iniezione; si procede infine alla stuccatura di tutti i fori con adeguata malta.

La scelta della miscela compatibile

In linea generale negli interventi di rinforzo su murature storiche occorre evitare prodotti dalle resistenze e rigidezze eccessivamente diverse rispetto ai materiali esistenti nella tessitura muraria, al fine di perseguire una efficace collaborazione tra di essi.

L’interazione tra materiali con differente modulo elastico, ad esempio, favorisce rotture di tipo fragile senza il raggiungimento di soddisfacenti incrementi di resistenza in virtù di una distribuzione non omogenea delle tensioni.

Il degrado e distacco materico di molti rinforzi eseguiti con materiali cementizi hanno evidenziato come la durabilità dell’intervento dipenda prima di tutto dalla scelta di materiali compatibili.

La presenza di solfati nelle murature, e di alluminati di calcio idrati e silicati all’interno di boiacche cementizie, insieme all’umidità possono favorire la formazione di ettringite e thaumasite, i cui effetti si manifestano rispettivamente con un aumento in volume della boiacca presente all’interno della muratura e con la disgregazione delle malte, invalidando l’intervento di rinforzo con danno all’originaria tessitura muraria.

Di contro le miscele organiche (resine polimeriche), seppur dotate di ottima fluidità e buone caratteristiche di resistenza chimica, tuttavia si presentano come materiale non compatibile per l’originario supporto murario, caratterizzate da bassa resistenza agli stress termici e da valori di modulo elastico molto elevati. I fenomeni di fatica e creep possono nel tempo accentuare disomogeneità deformative tra i materiali nuovi e quelli esistenti.

Per questi motivi si è finalmente consolidato nella cultura del rinforzo strutturale l’utilizzo diffuso di miscele a base di calce idraulica NHL, avente resistenza almeno di 10 MPa, con modulo elastico similare alla muratura, ad alta resistenza ai solfati e contenuto nullo di sali.

In questo modo si introduce una tipologia di malta similare a quelle esistenti, in grado comunque di garantire un adeguato e non esagerato aumento delle resistenze meccaniche delle strutture murarie oggetto di rinforzo.

Le calci hanno proprietà fisiche (permeabilità al vapore, densità, ecc…) che garantiscono alle murature una migliore traspirabilità e alla miscela una migliore capacità di penetrazione. Occorre infatti ricordare come una corretta filosofia del rinforzo strutturale debba perseguire incrementi di resistenza congruenti con la fabbrica storica su cui interviene, proprio nella finalità di raggiungere una buona collaborazione meccanica tra nuovi e antichi materiali.

Per una corretta progettazione dell’intervento occorre prima di tutto conoscere in modo approfondito la qualità e le caratteristiche della sezione muraria (fig. 4) attraverso indagini endoscopiche per valutare la percentuale dei vuoti e la loro distribuzione.

Successivamente, sarà possibile caratterizzare le giuste proprietà reologiche e meccaniche della miscela da utilizzare per lo specifico caso, evitando quindi prodotti generici che non potranno rispondere alle necessità di tutte le situazioni di degrado strutturale.

CONSIGLIO. Sarebbe auspicabile, soprattutto per situazioni più complesse, condurre un attento studio della curva granulometrica della miscela perché l’eventuale differenza di dimensioni dei vuoti presenti all’interno della muratura può compromettere l’efficacia dell’intervento.

La miscela, soprattutto se appartenente a prodotto commerciale generico, potrebbe penetrare con difficoltà nei vuoti di dimensioni inferiori rispetto a quelle dei suoi aggregati, oppure nel caso contrario l’iniezione di una miscela con aggregati troppo fini che entrano in vuoti grandi può indurre segregazione e conseguente contrazione.

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L'articolo continua con la Verifica e collaudo della tecnica.