Riparazione e miglioramento sismico di aggregato in muratura sottoposto a vincolo a Paganica (AQ)

Gli interventi strutturali sugli aggregati edilizi devono svilupparsi con una visione d’insieme oltre il perimetro del singolo edificio, a vantaggio del miglioramento della risposta sismica globale delle diverse unità strutturali. L’articolo illustra un interessante caso studio di riparazione e miglioramento sismico di aggregato edilizio, sottoposto al vincolo indiretto di interesse paesaggistico (art.146 D.Lgs 42/2004) con elementi di particolare pregio storico artistico, all’interno del centro storico di Paganica (AQ) danneggiato dal sisma del 6 aprile 2009.

Aggregati edilizi storici e vulnerabilità sismica: 8 Unità Strutturali su 1.130 mq nel centro storico di Paganica

L'intervento di riparazione dei danni conseguenti al sisma del 6 aprile 2009 e il conseguente miglioramento sismico dell’aggregato sito nel Comune dell'Aquila, interessa un isolato che risulta fortemente integrato nella forma urbana del Centro Storico della frazione di Paganica.

L’aggregato è delimitato da via dell’Olivo a sud, via dell’Acquedotto ad ovest, via delle Volpi a nord e via dei Gradini a est, ha una configurazione spaziale articolata in quanto deriva dall’unione di più corpi di fabbrica che, nel tempo, sono stati edificati in aderenza; nella sua conformazione attuale ha una impronta a terra di forma quasi rettangolare e si estende su un’area di sedime di circa 1130 mq (fig. 1).

Esso è posto in leggera pendenza sia lungo la sua direttrice principale che si sviluppa parallelamente a via dell’Olivo e via delle Volpi (direttrice Est-Ovest) sia su quella trasversale che si sviluppa parallelamente a via dell’Acquedotto e via d’Arco dei Gradini (direttrice Sud-Nord).

Tali immobili hanno seguito le vicende storiche del paese con la partecipazione, come capo quarto, alla fondazione della città dell'Aquila nel 1424, la devastazione del terremoto del 1349 e la distruzione del Castello di Paganica ad opera di Fortebraccio da Montone nel 1423. Dalla ricerca documentale, dai rilievi e dalle indagini conoscitive è emerso che gli immobili risultano costruiti su preesistenze sorte sullo schema medioevale ad albero sviluppatosi lungo una delle strade principali che ha collegato poi la chiesa di Santa Maria del Presepe con la chiesa di Santa Maria degli Angeli nel rione Sant’Antonio.

L'impianto urbano della frazione derivante dalla ricostruzione post terremoto del 1703 e dalle espansioni avvenute nell'ottocento con il suo sistema di percorsi e piazze, trova nella Via dell’Olivo una delle arterie di aggregazione principale.

Caratteristiche costruttive: murature in pietrame, solai misti e coperture in legno

Nell'aggregato sono state individuate 8 Unità Strutturali, con caratteristiche morfologiche e strutturali molto eterogenee, ma benché la suddivisione in unità strutturali appaia netta seguendo la continuità in elevazione delle murature portanti, tutte le porzioni di aggregato fanno parte integrante di un organismo edilizio e come tale, gli interventi necessari alla sua riparazione sono stati progettati e realizzati in modo unitario. Le due Unità, poste agli estremi dell’aggregato, hanno subito crolli superiori al 25% del volume e per questo ne è stata autorizzata la ricostruzione completa in cemento armato.

Le murature portanti sono realizzate in pietrame disordinato ad eccezione di una piccola porzione che risulta in blocchi di calcestruzzo. I solai dei piani terra hanno una struttura a volta in pietra mentre in elevazione sono realizzati in parte a volta con mattoni in laterizio e in parte in putrelle e tavelloni ad eccezione del solaio di plafonatura del passaggio pubblico che è costituito, per una porzione, da una volta in pietra.

Infine si rappresenta che le fondazioni di tutto l’immobile non sono state indagate, stante la limitatezza dei fondi a disposizione ed in considerazione dell’assenza di stati lesivi attribuibili a cedimenti fondali. Tuttavia dalle informazioni acquisite in sito risulta che le fondazioni sono di tipo diretto e continuo, posti al di sotto delle murature e realizzate con materiale ad esse simile.

Sui prospetti principali sono presenti elementi lapidei a contorno delle aperture e dei balconi in pietra, le coperture sono quasi interamente in legno con sporti di gronda, nell’impianto originario, con zampini lignei.

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Meccanismi di collasso in aggregati di muratura in pietrame: taglio nei livelli inferiori e ribaltamento sommitale

Le sollecitazioni generate dal sisma del 6 aprile 2009 hanno prodotto le prevedibili conseguenze per un simile impianto costruttivo, con evidenti segni di sforzo da taglio nelle murature portanti dei livelli inferiori (fg. 2a) e accenni di ribaltamento di quelle esterne dei piani in elevato (fig. 2b); la carenza strutturale degli orizzontamenti e le irregolarità distributive in planimetria ed in elevato, hanno comportato il cedimento strutturale di solai e coperture e, in alcune situazioni, anche il crollo degli stessi.

Particolare rilevanza assume, per le strutture verticali, la carenza di connessione tra murature ortogonali e la mancanza di un cordolo interpiano e in copertura, con la presenza di un quadro lesionativo notevolmente preoccupante che lasciava presupporre ad accenni di ribaltamento delle murature e alla mancanza di un comportamento scatolare degli edifici nel loro insieme rendendo necessario l’intervento dei VV.FF. onde puntellare alcune facciate (fig. 3) e i solai pericolanti.

Strategia progettuale per il miglioramento sismico: obiettivo indicatore di rischio ≥ 0,60 secondo NTC 2018

Gli interventi strutturali progettuali sono tesi alla riduzione della vulnerabilità sismica e alla eliminazione delle carenze strutturali riscontrate in fase di rilievo. Questi sono orientati a far raggiungere al complesso edilizio un livello di sicurezza pari almeno al 60% di quello corrispondente ad una struttura adeguata ai sensi delle NTC 2008, in termini di accelerazione al suolo.

Priorità di intervento: dalla riparazione dei danni al collegamento degli orizzontamenti

Le priorità seguite durante la progettazione degli interventi sono state le seguenti:

• riparazione degli elementi danneggiati dagli eventi sismici;
• collegamenti fra orizzontamenti e maschi murari e fra i singoli maschi murari;
• riduzione delle spinte generate dalle coperture e ove ricorra il caso nelle strutture voltate;
• adeguamento delle sezioni resistenti inerenti gli orizzontamenti e irrigidimento degli stessi;
• riduzione dei vuoti nei maschi murari (presenza di nicchie, cavità, imperfezioni costruttive), effettuati mediante la tecnica dello scuci-cuci o attraverso la scarnitura e il rinzaffo degli elementi costituenti i maschi murari;
• incremento della resistenza alle azioni sismiche delle murature più sollecitate.

Interventi di riparazione e miglioramento sismico: tecniche operative per murature, solai e coperture

Gli interventi di riparazione previsti in progetto, relativi a tutte le Unità Strutturali non soggette a demolizione e successiva ricostruzione, consistono principalmente in:

• ripresa delle lesioni isolate sulle murature portanti in pietrame tramite intervento di scuci e cuci;
• sostituzione di architravi danneggiati tramite posa in opera di nuovi architravi in acciaio (fg. 4);

• riparazione di volte esistenti lesionate tramite rinzeppatura e sigillatura con boiacca cementizia in corrispondenza delle lesioni;
• ripresa di muratura localmente crollata;
• sigillatura dei distacchi d'angolo verticali e orizzontali tra elementi strutturali;
• riparazione e/o sostituzione di soglie e imbotti di portoni e finestre;
• sigillatura di piccole lesioni sui solai.

Gli interventi di miglioramento sismico consistono in:

•  Iniezioni di malta di calce in modo regolare ed uniforme su tutte le murature a sacco in pietrame disordinato, eseguite nella misura di 4 perforazioni al metro quadrato e finalizzate al miglioramento delle caratteristiche meccaniche della struttura portante (fg. 5);

•  placcaggio con rete in fibra di vetro (G.F.R.P.) e applicazione di malta di calce su entrambe le facce per la maggior parte dei paramenti murari a sacco in pietrame disordinato, con lo scopo di aumentare la resistenza meccanica (fig. 6);

•  in corrispondenza di setti contro terra è previsto il placcaggio con rete in fibra di vetro e applicazione di malta di calce solo internamente (fg. 5);

• consolidamento di volte in pietra o in mattoni mediante applicazione all’estradosso di rete in fibra (G.F.R.P.) adeguatamente ancorata alla muratura portanti mediante fiocchi in fibra di vetro, posa in opera di riempimento con materiale alleggerito e realizzazione a livello di calpestio di soletta in c.a. da 5 cm armata ed adeguatamente ancorata alla muratura perimetrale mediante barre in acciaio (fig. 7);

• consolidamento dei solai di piano realizzati in putrelle e tavelloni o putrelle e voltine mediante irrigidimento con soletta in c.a. collegata ai profili metallici con interposizione di connettori ed alla muratura perimetrale mediante barre in acciaio e eventuale rafforzamento delle putrelle in acciaio portanti mediante saldatura all’estradosso di piatti in acciaio;

• demolizione dei solai di piano in putrelle e tavelloni e rifacimento degli stessi con profili in acciaio e tavelloni, irrigiditi mediante realizzazione di sovrastante soletta in c.a. resa collaborante alla struttura sottostante mediante connettori metallici e ancorata alle murature perimetrali con barre in acciaio (fig. 8);

• per gli orizzontamenti in legno il progetto esecutivo prevede il consolidamento e la conservazione della struttura portante originaria o, ove non possibile, la sua sostituzione con una nuova struttura portante costituita da travi in legno massiccio, con soprastante tavolato singolo e realizzazione di una solettina da 5 cm armata, adeguatamente collegata alle travi sottostanti ed alle murature perimetrali con connettori metallici al fine di garantire l’effetto scatolare tra le murature.

• demolizione della copertura esistente risultata sottodimensionata e sua successiva ricostruzione con struttura portante in legno proveniente dallo smontaggio o con elementi in legno nuovi e irrigidimento con soletta collaborante in c.a. (fig. 9);

• posa in opera, in corrispondenza delle coperture, di cordolatura perimetrale realizzata mediante profilato ad “L” o piatto metallico adeguatamente ancorati alla muratura sottostante con barre filettate;

• demolizione della muratura portante esistente in laterizio forato (tipo “occhioni”) e sua successiva ricostruzione in blocchi tipo Poroton di spessore 40 cm con cordolo sommitale in c.a. ad ogni livello di piano;

• chiusura di alcune aperture o nicchie presenti allo stato di fatto con muratura di mattoni.

Tutti i suddetti interventi sono imprescindibili per conseguire una migliore risposta sismica delle singole unità strutturali e di conseguenza dell’aggregato nel suo complesso.

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Quanto è importante la documentazione storica delle diverse fasi edificatorie all’interno dell’aggregato edilizio?

Nel caso studio illustrato, come in qualsiasi contesto di aggregato edilizio, il tecnico incaricato di valutare e migliorare la sicurezza sismica è chiamato a comprendere prima di tutto le peculiarità strutturali derivanti dalle diverse fasi edificatorie intercorse nel tempo, in modo da perimetrare le Unità Strutturali che caratterizzano l’aggregato e le loro mutue interazioni strutturali.

All’interno di un aggregato edilizio come deve essere interpretato il comportamento delle singole Unità Strutturali?

Le diverse Unià Strutturali, benchè con caratteristiche morfologiche e strutturali molto eterogenee tali da apparire con una suddivisione netta all’interno dell’aggregato edilizio, tuttavia spesso fanno parte integrante dell’organismo edilizio in mutua interazione strutturale tra di loro. Pertanto gli interventi necessari alla riparazione dei singoli danni all’interno dell’aggregato edilizio devono essere progettati e realizzati in modo unitario.

Quali sono i principali danni sismici attesi all’interno di un variegato aggregato edilizio?

Lesioni da sforzo di taglio nelle murature portanti dei livelli inferiori, ma soprattutto ribaltamento (innestato o compiuto) delle pareti esterne dei piani in elevato, favorito spesso da carenze strutturali dell’ammorsamento degli orizzontamenti, causando anche potenziali cedimenti degli stessi e delle coperture. Infatti, particolare rilevanza assume, per le strutture verticali, la carenza di connessione tra murature ortogonali e la mancanza di un cordolo interpiano e in copertura, con la possibilità di rilevare quadri lesionativi e accenni di ribaltamento delle murature per la frequente mancanza di un comportamento scatolare degli edifici nel loro insieme, rendendo spesso necessario l’intervento dei VV.FF. per puntellare facciate e solai.

Quali tipologie ricorrenti di interventi strutturali sono richiesti per il recupero dell’agibilità e il miglioramento sismico degli aggregati edilizi danneggiati da terremoto?

Le priorità da perseguire durante la progettazione gli interventi di riparazione dei danni e incremento della sicurezza sismica degli aggregati edilizi danneggiati e resi inagibili da grandi eventi sismici sono le seguenti:

• riparazione degli elementi danneggiati dagli eventi sismici;
• collegamenti fra orizzontamenti e maschi murari e fra i singoli maschi murari;
• riduzione delle spinte generate dalle coperture e ove ricorra il caso nelle strutture voltate;
• adeguamento delle sezioni resistenti inerenti gli orizzontamenti e irrigidimento degli stessi;
• riduzione dei vuoti nei maschi murari (presenza di nicchie, cavità, imperfezioni costruttive), effettuati mediante la tecnica dello scuci-cuci o attraverso la scarnitura e il rinzaffo degli elementi costituenti i maschi murari;
• incremento della resistenza alle azioni sismiche delle murature più sollecitate.

Quali sono le più comuni tecniche necessarie alla riparazione dei danni sismici nelle diverse Unità Strutturali che caratterizzano un aggregato edilizio?

• Ripresa delle lesioni isolate sulle murature portanti in pietrame tramite intervento di scuci e cuci;
• sostituzione di architravi danneggiati tramite posa in opera di nuovi architravi in acciaio;
• riparazione di volte esistenti lesionate tramite rinzeppatura e sigillatura con boiacca cementizia in corrispondenza delle lesioni;
• ripresa di muratura localmente crollata;
• sigillatura dei distacchi d'angolo verticali e orizzontali tra elementi strutturali;
• riparazione e/o sostituzione di soglie e imbotti di portoni e finestre;
• sigillatura di piccole lesioni sui solai.

Con quali tecniche si può intervenire (all’interno di tutte le Unità Strutturali) per migliorare il comportamento sismico di un aggregato edilizio costruito con murature in pietrame e solai misti?

• Iniezioni di malta di calce in modo regolare ed uniforme su tutte le murature a sacco in pietrame disordinato, eseguite nella misura di 4 perforazioni al metro quadrato ;
• placcaggio con rete in fibra di vetro (G.F.R.P.) e applicazione di malta di calce su entrambe le facce per la maggior parte dei paramenti murari a sacco in pietrame disordinato;
• consolidamento di volte in pietra o in mattoni mediante applicazione all’estradosso di rete in fibra (G.F.R.P.) adeguatamente ancorata alla muratura portanti mediante fiocchi in fibra di vetro, posa in opera di riempimento con materiale alleggerito e realizzazione a livello di calpestio di soletta in c.a. da 5 cm armata ed adeguatamente ancorata alla muratura perimetrale mediante barre in acciaio;
• consolidamento dei solai di piano realizzati in putrelle e tavelloni o putrelle e voltine mediante irrigidimento con soletta in c.a. collegata ai profili metallici con interposizione di connettori ed alla muratura perimetrale mediante barre in acciaio e eventuale rafforzamento delle putrelle in acciaio portanti mediante saldatura all’estradosso di piatti in acciaio;
• consolidamento e la conservazione della struttura portante originaria dei solai in legno o, ove non possibile, la loro sostituzione con una nuova struttura portante costituita da travi in legno massiccio, con soprastante tavolato singolo e realizzazione di una solettina da 5 cm armata, adeguatamente collegata alle travi sottostanti ed alle murature perimetrali con connettori metallici al fine di garantire l’effetto scatolare tra le murature.
• eventuale se necessaria demolizione della copertura esistente risultata sottodimensionata e sua successiva ricostruzione con struttura portante in legno proveniente dallo smontaggio o con elementi in legno nuovi e irrigidimento con soletta collaborante in c.a.;
• posa in opera, in corrispondenza delle coperture, di cordolatura perimetrale realizzata mediante profilato ad “L” o piatto metallico adeguatamente ancorati alla muratura sottostante con barre filettate;
• demolizione della muratura portante esistente in laterizio forato non sismicamente adeguata (tipo “occhioni”) e sua successiva ricostruzione in blocchi tipo Poroton di spessore 40 cm con cordolo sommitale in c.a. ad ogni livello di piano;
• chiusura di alcune aperture o nicchie presenti allo stato di fatto con muratura di mattoni.

Quali attenzioni deve avere l’intervento di restauro strutturale in presenza di aggregati edilizi sotto vincolo paesaggistico?

Gli interventi di recupero strutturale devono garantire anche la conservazione di elementi di pregio delle facciate quali ad esempio portali o balconi in pietra, rilievi in gesso o altri elementi ornamentali caratterizzanti la facciata. Nel caso studio illustrato, per esempio, sono state previste lavorazioni per lo smontaggio ed il successivo rimontaggio degli elementi in pietra, l'accatastamento nell'ambito del cantiere, la protezione e catalogazione dei pezzi per la successiva ricollocazione in opera rispettando l'originaria disposizione, l’accurata pulizia di ogni concio e, qualora danneggiati, la riparazione con l’inserimento di perni filettati inox ed iniezioni per l’incollaggio mediante idonee resine bicomponenti e successiva stuccatura a resina con cromatismo compatibile con il materiale lapideo.