Il contributo analizza i criteri di modellazione delle pareti in muratura consolidate con intonaco armato tradizionale e sistemi FRCM, con riferimento alle NTC 2018 e alla Circolare 7/2019. Attraverso un caso studio sviluppato con modellazione non lineare, vengono confrontati effetti su rigidezza, massa, duttilità e indicatore di rischio sismico. L’analisi evidenzia come le scelte di schematizzazione possano modificare in modo significativo la valutazione di sicurezza, orientando la progettazione tra intervento locale, miglioramento o adeguamento.

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Sommario

• 1. Introduzione e riferimenti normativi
• 2. Confronto fra intonaco armato tradizionale e sistema FRCM
• 3. Esempio applicativo
• 3.1. Criteri di modellazione
• 3.2. Risultati dell’analisi statica non sismica
• 3.3. Risultati dell’analisi modale
• 3.4. Risultati dell’analisi sismica statica non lineare (pushover)
• 3.4.1. Rapporto variazione di rigidezza – variazione di ζE
• 3.4.2. Confronto metodo circ.2019 / incrementi di spessore e moduli elastici
• 3.4.3. Confronto tra le due tecniche: betoncino armato / FRCM
• 3.4.4. Influenza della variazione di massa
• 3.4.5. Influenza della variazione di duttilità
• 4. Conclusioni
• Bibliografia di riferimento

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Modellazione dell’intonaco armato su murature secondo NTC 2018

Gli effetti dovuti alla realizzazione dell’intonaco armato sulle pareti in muratura riguardanti la modifica delle proprietà meccaniche possono essere schematizzati adottando diversi criteri rappresentativi.

 

Metodo dei coefficienti della Circolare 7/2019 e approcci alternativi

A tal proposito, la Circolare 7/2019 del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, che fornisce le istruzioni per l'applicazione delle NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018), oltre a stabilire un metodo per la stima delle caratteristiche meccaniche delle murature in funzione della tipologia e del Livello di Conoscenza assunto (Tab. C8.5.I), prevede l'utilizzo di coefficienti migliorativi da applicare ai suddetti parametri nel caso in cui si debba progettare un intervento di rinforzo.

I coefficienti migliorativi, distinti in base alle tecniche di consolidamento, sono riportati nella Tab. C8.5.II.

  

A proposito della tecnica con intonaco armato, la Circolare stabilisce che:

“l’effetto di questa tipologia di consolidamento può essere stimato attraverso opportune valutazioni che considerino gli spessori della parete e dell’intonaco armato, oltre che i relativi parametri meccanici. In assenza di queste e possibile adottare il coefficiente indicato in tabella, diversificato per le varie tipologie, applicabile ai valori sia dei parametri di resistenza (f, τ₀ e f_v0), sia dei moduli elastici (E e G). Inoltre, in merito all’efficacia dell’intervento, si chiarisce che “il consolidamento con intonaco armato non ha alcuna efficacia in assenza di sistematiche connessioni trasversali e la sua efficacia e ridotta quando realizzato su un solo paramento.”

 

Metodo tabellare vs incremento di spessore: approcci alternativi non equivalenti

Un ulteriore chiarimento sull’applicazione del metodo semplificato proposto dalla Circolare è fornito dall’Area geologia, suoli e sismica della Regione Emilia-Romagna [1] [2].

In particolare, qui si sostiene che “il calcolo del coefficiente migliorativo debba avvenire tenendo conto dello spessore ante intervento della parete, ossia quello senza l'intonaco armato, in quanto il coefficiente correttivo di cui alla tabella citata si ritiene tenga già conto dell’aumentato spessore della parete post-intervento.”

Inoltre, la stessa Circolare afferma che “l’effetto del consolidamento tramite intonaco armato può essere stimato attraverso opportune valutazioni che considerino gli spessori della parete e dell’intonaco armato, oltre che i relativi parametri meccanici. In assenza di queste è possibile adottare il coefficiente indicato in tabella […]”.

Pertanto, si desume che il ricorso ai coefficienti tabellari è alternativo alle valutazioni relative agli spessori della parete ed alle caratteristiche meccaniche del materiale.

La normativa offre quindi al Progettista una possibile soluzione per schematizzare l’intervento con intonaco armato; tuttavia, la scelta sui criteri di modellazione da assumere per un determinato caso specifico, viene comunque demandata al Progettista stesso.

Poiché la schematizzazione del rinforzo può influenzare significativamente il comportamento strutturale, e di conseguenza anche i risultati delle analisi, è importante disporre di riferimenti che guidino verso scelte di progettazione consapevoli ed il più possibile rappresentative dell’effettivo comportamento strutturale.

Peraltro, per la normativa, la potenziale modifica sostanziale del comportamento strutturale in fase di progettazione rappresenta uno dei principali fattori discriminanti nella distinzione del tipo di intervento, in particolare tra Intervento di riparazione o locale e Intervento di Miglioramento/Adeguamento sismico.

Infatti, secondo quanto riportato al §8.4.1 delle NTC 2018, gli Interventi di riparazione o locali “non debbono cambiare significativamente il comportamento globale della costruzione”; in questi casi, il Progettista è quindi chiamato a dimostrare “che, rispetto alla configurazione precedente […], non vengano prodotte sostanziali modifiche al comportamento delle altre parti e della struttura nel suo insieme”.

Anche al §8.7.4 delle NTC 2018, sui Criteri e tipi di intervento, viene ribadita l’importanza di progettare ed eseguire interventi sempre considerando la variazione nella distribuzione delle rigidezze e delle resistenze; inoltre, tra gli aspetti che la normativa suggerisce di valutare, ci sono quelli relativi alle variazioni in termini di massa e di duttilità. Entrambi questi aspetti potrebbero svolgere un ruolo non trascurabile nella risposta di una struttura soggetta a rinforzo con intonaco armato, soprattutto nel caso dei sistemi tradizionali.

Per la massa, infatti, l’applicazione di una doppia lastra in c.a. di spessore significativo (3 ÷ 5cm per lato) sulle pareti in muratura comporta inevitabilmente anche un aggravio in termini di peso/massa dei singoli elementi e dell’intera struttura, con conseguenti effetti che debbono essere valutati (ma potenzialmente benefici) ai fini del comportamento statico ed inasprimenti dell’entità dell’azione sismica. In ogni caso, la normativa non si esprime in modo esplicito sull’incremento di massa a seguito dell’intervento.

Nel caso di intonaco armato con FRCM, invece, gli esigui spessori del rinforzo ed il minor peso specifico dei materiali coinvolti potrebbero giustificare la trascurabilità dell’incremento di massa che ne consegue.

La presenza delle barre di armatura in acciaio indurrebbe inoltre a poter considerare anche un miglioramento della capacità deformativa ("duttilità") dei singoli elementi, oltre ovviamente all’incremento dei valori dei parametri meccanici.

Ciononostante, le NTC 2018 e la Circolare 7/2019 non sembrano tener conto di tale aspetto: esse infatti fissano il drift ultimo della parete muraria in modo geometrico senza considerare l'aumento della duttilità dovuto all'intonaco armato.
Al contrario, nelle Norme sismiche precedenti, l’argomento veniva affrontato in modo esplicito.

La Circ.21745 del 30.07.1981: "Istruzioni per l'applicazione della normativa tecnica per la riparazione ed il rafforzamento degli edifici in muratura danneggiati dal sisma" fu emessa in attuazione della Legge 14.05.1981 con lo scopo di definire criteri tecnici per la riparazione e il rafforzamento di edifici in muratura nelle regioni Basilicata, Campania e Puglia.

In essa si definivano metodi e criteri di calcolo per il consolidamento degli edifici in muratura, ed in particolare la duttilità, indicata con il simbolo m e definita per una parete muraria dal rapporto fra lo spostamento ultimo ammissibile e lo spostamento al limite elastico, era considerata pari a 1.5 per la muratura originaria non consolidata e a 2.0 per la muratura consolidata incluso il caso del betoncino armato. Pertanto, si attribuiva alla muratura rinforzata con intonaco armato un incremento di duttilità rispetto alla muratura ordinaria pari a circa il 33% (Dm = 2.0 / 1.5 = 1.33).

 

  

Per quanto riguarda gli interventi di consolidamento con sistema FRCM, la Normativa vigente propone il documento CNR-DT 215/2018: “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati a Matrice Inorganica” (Roma, CNR 06.02.2019).

  

Confronto tra intonaco armato tradizionale e sistemi FRCM

Il rinforzo con intonaco armato tradizionale (comunemente definito “betoncino armato” o “placcaggio”) prevede l’applicazione di un intonaco cementizio (malta piuttosto resistente) con annegate barre di armatura (solitamente reti elettrosaldate), realizzando in tal modo lastre in calcestruzzo armato sulle facce di applicazione delle pareti.

 

Evoluzione storica dell’intonaco armato nel miglioramento sismico

Questa tipologia di consolidamento è definita ‘tradizionale’ in quanto è stata applicata in modo esteso dopo l’evento sismico del 1976 in Friuli per la riparazione delle strutture murarie lesionate.

Le figure seguenti mostrano le indicazioni operative di quel periodo [3]. Oltre al rinforzo completo di una parete, l’intonaco armato veniva proposto per le riparazioni locali in corrispondenza delle connessioni murarie e delle discontinuità geometriche legate alle aperture (fig. 1); per le pareti lesionate in modo diffuso l’intonaco armato si indicava una disposizione lungo tutta la parete (fig. 2): la sezione trasversale mostra la realizzazione dell’intervento su entrambe le facce della parete, con collegamenti costituiti da almeno 6 staffe Ø6 a mq.

 

 

In occasione di eventi sismici successivi, la tecnica dell’intonaco armato continuò ad essere proposta ai fini della riparazione e del consolidamento degli edifici danneggiati, in modo da adeguarli alla norme sismiche.

Negli anni successivi e con la progressiva evoluzione della Normativa, l’intervento di intonaco armato è stato considerato un riferimento fondamentale per il miglioramento e l’adeguamento sismico anche in chiave preventiva.

I recenti eventi sismici in Italia Centrale hanno dimostrato l’efficacia di questo tipo di intervento: gli edifici residenziali che erano stati consolidati con questa tecnica a seguito dei terremoti in Umbria degli anni 80 e del 1997, nell’evento del 2016 sono stati preservati da fessurazioni estese e da crolli.

La fig. 3 mostra l’intervento di intonaco armato secondo lo stato dell’arte attuale*, intervento che continua a costituire una tecnica di riparazione e di consolidamento preventivo di primaria importanza.
(* Particolari costruttivi di Massimo Mariani, pubblicati su Ingenio [4]).

 

  

Un tipo di consolidamento generato da un’evoluzione del tradizionale intonaco armato consiste nell’applicazione di FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix), sistema composito costituito da un tessuto di fibre (es. fibra di vetro, carburo di carbonio, basalto) inserito in una matrice cementizia altamente adesiva (fig. 4, [5]).

  

Sia il betoncino armato (o intonaco armato tradizionale), sia l’applicazione di FRCM, sono da eseguirsi preferibilmente su entrambe le facce della parete, come suggerito dalla Normativa e come di fatto sempre consigliabile per ottenere l’effetto di consolidamento ottimale. Entrambi gli interventi prevedono che gli strati applicati sulle due facce vengano collegati tra di loro mediante connettori (es. barre da c.a. inghisate, connettori elicoidali, connettori “a fiocco”, connettori a L, ecc.) opportunamente disposti nella muratura.

In Tab. 3 vengono riassunte e confrontate le principali caratteristiche (strutturali e non) dei due sistemi. In verde sono evidenziate le più importanti proprietà di pregio; in rosso le limitazioni connesse al tipo di intervento; in giallo le proprietà che potrebbero determinare criticità per il comportamento strutturale modificato dall’intervento.

 

Tab. 3. Principali proprietà a confronto per l’intonaco armato tradizionale ed il sistema FRCM

	BETONCINO ARMATO	SISTEMA FRCM
Spessore	≈ 30–50 mm (maggiore)	≈ 10–20 mm (minore)
Incremento di peso	Significativo	Contenuto
Incremento di rigidezza	Elevato	Moderato
Contributo resistente a trazione	Limitato	Elevato
Comportamento a fessurazione	Controllo limitato	Migliore controllo e distribuzione delle deformazioni
Durabilità	Rischio di corrosione per armature non adeguatamente protette ed in funzione dell'ambiente	Assenza di corrosione metallica, maggiore durabilità in ambienti aggressivi
Impermeabilità	Elevata, l'umidità non si disperde ed aumenta il rischio di corrosione	Garantita traspirabilità e compatibilità igrometrica
Invasività dell’intervento	Medio-alta	Bassa
Compatibilità con murature storiche	Limitata	Elevata
Adattabilità a superfici irregolari	Limitata	Elevata
Tempi di realizzazione	Maggiori	Minori
Tipo di manodopera	Non richiede l'impiego di manodopera specializzata, in quanto trattasi tecnica consolidata e diffusa	Richiede l'impiego di manodopera specializzata
Campo di impiego	Cantieri dimensionalmente più piccoli	Cantieri dimensionalmente più importanti
Costo materiali	Minore (materiali economici)	Maggiore (materiali più costosi)
Risposta agli eventi sismici che si sono effettivamente verificati	Positiva (vedi eventi sismici del Centro Italia, 2016)	Di fatto, da valutare (interventi realizzati in tempi recenti)

  

Parametri strutturali critici per l’analisi di vulnerabilità

Ai fini dell’analisi di vulnerabilità, alcuni parametri rivestono particolare interesse. La variazioni di resistenza e di rigidezza, gli incrementi di spessore e di peso, il conseguimento della duttilità: sono tutti aspetti da tenere presenti nell’attività progettuale di calcolo strutturale.

Per modellare le pareti con intonaco armato, le vigenti Norme tecniche propongono coefficienti amplificativi per resistenza e rigidezza, senza esprimersi sugli incrementi di spessore. Si ritiene che i coefficienti amplificativi da Normativa coprano in modo completo la modifica dei parametri meccanici indotta dall’intonaco armato, senza che vi sia necessità di aumentare nel modello di calcolo lo spessore della parete muraria originaria in base agli spessori del nuovo intonaco. Tuttavia, senza aumentare lo spessore non si considera l'aumento di peso (a meno che non si modifichi nei parametri di calcolo il peso specifico della muratura originaria).

Come osservato in precedenza, e indicato in documenti orientativi di riferimento (Circolare Regione Emilia Romagna, già citata), il ricorso ai coefficienti amplificativi della Normativa è alternativo a valutazioni relative agli spessori della parete ed alle caratteristiche meccaniche del materiale.

E’ quindi interessante valutare la descrizione dell’intervento di intonaco armato in termini di aumento dello spessore, con gestione contemporanea dell’aumento di peso.

Inoltre, come in precedenza osservato, non viene trattato l’incremento di duttilità, ossia il miglioramento di capacità in termini di spostamento ultimo: ciò vale sia per l’intervento tradizionale, sia per quello con FRCM.
E’ evidente che le scelte sul tipo di intervento e sulla sua schematizzazione possono influenzare sensibilmente i risultati delle analisi di vulnerabilità.

Un’indagine su vari criteri di modellazione, confrontando soluzione tradizionale e FRCM, permette di definire un riferimento per la gestione dei dati e di inquadrare correttamente i risultati in termini di miglioramento conseguito con l’intervento: con questo scopo è stata condotta la Ricerca illustrata nel presente lavoro. 
  

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IN SINTESI
- L’intervento con intonaco armato viene condotto sia con metodo tradizionale (“betoncino armato”) sia con compositi FRCM: questi ultimi hanno il pregio di incrementare la resistenza senza alterare la rigidezza. Tuttavia i recenti eventi sismici hanno dimostrato l’efficacia dell’intonaco armato tradizionale.
- Per modellare le pareti con intonaco armato, le vigenti Norme tecniche propongono coefficienti amplificativi per resistenza e rigidezza, senza esprimersi sugli incrementi di spessore. Inoltre, diversamente da testi normativi precedenti, non viene trattato l’incremento di duttilità (capacità di spostamento ultimo).
- Le scelte sul tipo di intervento e sulla sua schematizzazione possono influenzare sensibilmente i risultati delle analisi di vulnerabilità. Un’indagine su vari criteri di modellazione, confrontando soluzione tradizionale e FRCM, permette di inquadrare correttamente i miglioramenti conseguiti con l’intervento.

 

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FAQ tecniche – Murature con intonaco armato o FRCM: criteri di modellazione sismica

Che cos’è l’intonaco armato e in cosa si differenzia da un sistema FRCM?
L’intonaco armato tradizionale (betoncino armato) consiste nell’applicazione di strati in malta cementizia con reti elettrosaldate, collegati trasversalmente alla muratura. Il sistema FRCM utilizza reti in fibre (vetro, basalto, carbonio) annegate in matrice inorganica. Il primo incrementa in modo significativo rigidezza e massa; il secondo fornisce contributo a trazione con spessori e pesi ridotti.

In quali contesti è indicato l’impiego di intonaco armato o FRCM?
Entrambe le tecniche sono utilizzate per miglioramento o adeguamento sismico di edifici in muratura. L’intonaco armato è diffuso in interventi estesi e consolidamenti globali; l’FRCM risulta più compatibile con murature storiche e contesti in cui si voglia limitare l’aumento di massa e l’invasività dell’intervento.

Quali parametri strutturali vengono modificati dall’intervento?
Le variabili principali sono resistenza a taglio e pressoflessione, moduli elastici E e G, massa e capacità deformativa. La Circolare 7/2019 prevede coefficienti migliorativi su resistenze e rigidezze, senza esplicitare incrementi di spessore o duttilità. La scelta di modellare anche massa e drift ultimo incide sull’indicatore di rischio.

Quali vantaggi offre l’FRCM rispetto al betoncino armato tradizionale?
L’FRCM consente incrementi resistenti, in particolare a trazione, senza alterare in modo significativo rigidezza globale e periodi propri. Presenta minore incremento di peso, maggiore compatibilità igrometrica e migliore adattabilità a superfici irregolari, risultando spesso più idoneo su murature storiche.

Come impostare correttamente la modellazione nel calcolo strutturale?
È possibile adottare i coefficienti tabellari della Circolare 7/2019 oppure procedere con incremento esplicito di spessori e moduli elastici. I due approcci non sono equivalenti. Occorre valutare coerenza tra rigidezza, massa e comportamento globale, evitando sovrastime che alterino il rapporto tra variazione di rigidezza e incremento dell’indicatore ζE.

Qual è il ruolo di massa e duttilità nella risposta sismica?
L’aumento di massa, tipico del betoncino armato, incrementa la domanda sismica e può ridurre l’indicatore di rischio, pur migliorando talune verifiche statiche. L’incremento di duttilità, se considerato, aumenta la capacità di spostamento senza modificare la rigidezza elastica, con effetti positivi sull’esito dell’analisi pushover.

Quali errori evitare nella scelta dell’intervento e nella sua schematizzazione?
È critico trascurare l’effetto dei collegamenti trasversali, modellare incrementi di rigidezza non coerenti con la reale stratigrafia o ignorare l’influenza dei diaframmi orizzontali. Occorre verificare che l’intervento non alteri in modo sostanziale il comportamento globale, soprattutto se classificato come intervento locale ai sensi delle NTC 2018.