Messa in sicurezza di edifici storici in muratura: fissaggi provvisori con poliuretano espanso e opere di contrasto in acciaio

Nuovo Libro di Massimo Mariani
Testo e tavole progettuali tratti da
"INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO E RESTAURO DEGLI EDIFICI IN MURATURA. PARTICOLARI COSTRUTTIVI"
in corso di pubblicazione online su INGENIO
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In questo articolo i paragrafi 1.1.9 e 1.1.10
Capitolo 1 - "Dissesti strutturali dell'elevato"
Parte 1 - "Opere Provvisionali"
Con questo contributo si conclude la pubblicazione della Parte 1

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Sostegno a una struttura ai limiti del collasso per mezzo di poliuretano espanso rigido a celle chiuse e di una struttura reticolare a tubi e giunti di acciaio

Il dissesto strutturale che si descrive, sul quale si è intervenuti con opere di messa in sicurezza post-sismica, ha interessato una chiesa a pianta rettangolare, ad unico ambiente, coperto da un tetto a padiglione (figure 1.1.9a, 1.1.9b e 1.1.9c).

L’edificio è in muratura tradizionale di pietra, che si evidenzia squadrata solamente sugli angoli. La copertura è costituita da un’orditura portante in legno che supporta travicelli, anch’essi di legno e pianelle di laterizio. La parte absidale, che si separa dalla platea attraverso l’arco trionfale, è coperta da una volta a botte in camera-canna, con supporti in legno e incannucciata di materiale naturale avvolta da una malta di calce e inerti di piccole dimensioni.

L’edificio è stato fortemente offeso dai sismi iniziati in Italia Centrale il 24.08.2016 fino a giungere ad una condizione di imminente collasso strutturale. Ogni parte delle murature portanti è stata lesionata e, su un fronte (sud), è crollato quasi tutto l’intero prospetto, evidenziando una debilitazione dovuta alla disgregazione muraria (figura 1.1.9b). Anche l’angolo destro dell’abside (sul lato nord della chiesa) era ormai in una fase di crollo imminente. La qualità muraria dell’edificio è particolarmente povera e l’alterazione prodotta dal sisma, come già detto, è stata di tipo disgregativo, cosicché è risultato difficile identificare i meccanismi di rottura da terremoto derivabili da schematizzazioni fisiche ricorrendo ai principi di Meccanica Classica.

Per quanto sin qui esposto, con particolare riguardo alla “ disgregazione muraria ” progressiva durante il perdurare del sisma (c.d.”sciame”), non si è ritenuto idoneo ricorrere ad una messa in sicurezza strutturale con sistemi di sostegno a contrasto puntuale perché impossibili da distribuire su tutte le parti della muratura alterata o in fase di collasso.

Per tutto ciò, è stato progettato ed eseguito un intervento che, attraverso il ricorso al poliuretano espanso, a celle chiuse, spruzzato, ha potuto bloccare uniformemente qualsiasi parte strutturale instabile dell’edificio (figure 1.1.9c, 1.1.9d e 1.1.9o).

L’intervento di messa in sicurezza è stato eseguito attraverso le seguenti fasi:

• fissaggio preliminare di tutte le murature labili, con spruzzo di poliuretano espanso bicomponente a celle chiuse, eseguito ad almeno due metri di distanza dalla parete. Questa tecnica è stata attuata al fine di scongiurare qualsiasi ulteriore caduta di elementi strutturali (figura 1.1.9c e 1.1.90);

• puntellamento delle parti mancanti sul prospetto sud per mezzo di tubi e giunti di acciaio, forniti di basette telescopiche – regolabili (figura 1.1.9c, 1.1.9l, 1.1.9m e 1.1.9q);

• costruzione di una centina di acciaio (“tunnel di protezione”) indispensabile per l’avanzamento all’interno della chiesa così da ottenere una protezione sicura per spruzzare poliuretano espanso sulle pareti e sulla copertura dall’interno (figura 1.1.9e, 1.1.9p). La centina è composta da elementi profilati di acciaio che hanno formato telai chiusi, costituiti da elementi costruiti fuori opera, in officina, e congiunti in loco (figure da 1.1.9f a 1.1.9k e da 1.1.9r a 1.1.9w). Tutte le centine sono state rese compartecipi tra di loro formando, in tal modo, un sistema unitario per mezzo di controventi ottenuti con funi di acciaio e tenditori, uniti con morsetti ad attrito. I telai (centine) sono stati supportati da distanziatori. Il “tunnel”, raggiunto l’altare preliminarmente protetto con teli di geotessile, è stato totalmente rivestito con un tavolato di legno OSB ad incollaggio fenolico;

• costruzione di una struttura reticolare esterna formata da tubi e giunti di acciaio che ha cinto l’intero edificio su ogni suo lato. Questo intervento ha avuto lo scopo di contenere con continuità, l’intera chiesa (figure 1.1.9c e da 1.1.9l a 1.1.9q). Alla sommità di questa struttura sono state poste in opera funi di acciaio munite di tenditori che hanno chiuso il sistema anche in alto; il tutto è stato finalizzato a scongiurare eventuali fenomeni di ribaltamento delle pareti verso l’esterno (figura 1.1.9m e 1.1.9p). Inoltre, la struttura reticolare di tubi e giunti avrà anche la funzione di impalcatura di servizio per i successivi interventi cosicché, la spesa sostenuta per la sua realizzazione potrà essere quasi interamente recuperata; si è valutato al 60% nel prosieguo dell’opera di consolidamento e restauro post-sismico.

• consolidamento delle pareti interne alla chiesa e del tetto con poliuretano a celle chiuse applicato a spruzzo. Questa tecnologia ha consentito il fissaggio provvisorio dell’interna struttura dissestata in fase di pre-collasso così da poter in futuro smontare o consolidare le parti murarie offese dal sisma.

Fissaggio delle parti labili di una facciata di un edificio offeso dal sisma ottenuto con poliuretano espanso rigido a celle chiuse

Lo stato di questa chiesa del XIII secolo a campata unica, ora auditorium, immediatamente dopo l'evento del 31.10.2016 era quello di un sistema strutturale offeso nella quasi sua totalità.

Era collassato totalmente il tetto, ad esclusione di una piccola porzione rimasta in bilico sopra l’abside e il coro; la facciata principale della chiesa era interamente crollata nella sua sommità ed erano evidenti deformazioni ai limiti del collasso sul suo lato destro e sul rosone. Quest'ultimo era ormai in fase avanzata di distacco: tutti gli elementi componenti erano licenziati dai rispettivi àmbiti e le aste della rosa erano ormai fratturate e/o deformate.

Tornando alla facciata principale, anche tutta la parte sommitale era in condizioni di collasso totale durante il perdurare del terremoto, con evidenza del fenomeno strutturale della “ disgregazione muraria” .

Il crollo della copertura era avvenuto tutto all'interno dell'edificio, a parte quello di alcune delle murature perimetrali riversatesi sulla strada e sul chiostro laterale. Durante il sisma le capriate sono state private del vincolo sul muro tra la Chiesa e il Chiostro laterale. Questa struttura è stata la prima a capitolare, disgregandosi in tutta la sua parte sommitale alla destra dell’abside, laddove alloggiavano i vincoli delle capriate.

Durante il progetto e il successivo intervento dell’opera provvisionale, la prima delle molte necessità fu quella di bloccare le parti labili delle facciate: il manto murario sommitale e soprattutto il rosone. Se quest'ultimo fosse rovinato a terra si sarebbe totalmente frantumato, perdendo ogni sua identità originaria. Inoltre, era fondamentale bloccare anche le pietre in bilico sul muro laterale che avrebbero costituito un incombente e continuo pericolo nei riguardi di qualsiasi operazione di messa in sicurezza.

La scelta dell'intervento fu condizionata dallo stato di disgregazione totale del manto murario della facciata e del rosone che non avrebbero potuto essere bloccati elemento per elemento, in particolare per il rosone che è composto da centinaia di piccoli elementi lapidei.

Fu quindi opportuno ricorrere allo spruzzo a distanza (da circa 2 metri) di poliuretano espanso rigido a celle chiuse che avrebbe avvolto ogni elemento, fissandolo alla muratura ancora resistente. Preliminarmente fu eseguita una verifica in loco sulla rimovibilità del prodotto dalla muratura.

L’operazione di fissaggio con poliuretano fu effettuata da una ditta specializzata, con l'ausilio di un cestello sostenuto da una gru (figura 1.1.10a e 1.1.10b). Sulla facciata principale fu inserita, tra gli strati fissati di poliuretano, una rete di fibra di vetro che ha funzionato da armatura verticale della parete in contrapposizione alle azioni perduranti del terremoto.

Una volta conclusa l'operazione del rivestimento della facciata perimetrale e della sommità della parete laterale è stata eseguita immediatamente la costruzione della impalcatura in tubi e giunti di acciaio che ha avuto la funzione di sostegno alle murature in contrapposizione alle azioni sismiche persistenti (sciame) e di ausilio futuro alle opere di consolidamento e restauro per il recupero dell’edificio. (figure 1.1.10c, 1.1.10d, 1.1.10e e 1.1.10f)

Le impalcature di sostegno sono poi state vincolate alle pareti dissestate così da poter ottenere il supporto necessario facendo ricorso a perni passanti la muratura costituiti da barre filettate e a piastre di profilato piatto di acciaio, con dadi e rondelle tra le due parti della parete sorretta (figure 1.1.10g e 1.1.10h). Questa operazione di supporto è stata eseguita sulla parete frontale e su quella laterale. Le impalcature sono state poste in opera sia all'interno che all'esterno delle strutture murarie da sostenere.

Successivamente, dopo la messa in sicurezza delle murature, è stato avviato lo svuotamento delle macerie esterne e interne alla chiesa (figure da 1.1.10e a 1.1.10h) e la rimozione e il ricovero dell’arredo artistico.

Durante il montaggio della impalcatura in tubi e giunti, prevista all'interno dell'edificio, sono state approntate protezioni agli affreschi nei confronti degli agenti atmosferici e delle future opere di consolidamento e restauro strutturale.

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