Particolari costruttivi nel consolidamento e restauro degli edifici in muratura: interventi sulle volte

Dettagli costruttivi di alcuni interventi di consolidamento di volte in muratura progettati e descritti dall'ing. Massimo Mariani, Presidente del Centro Studi Sisto Mastrodicasa per il Consolidamento e il Restauro degli edifici, tra i maggiori esperti in ambito sismico.

Ogni tavola di dettaglio sarà scaricabile in formato PDF in alta risoluzione in fondo all'articolo.

Particolari costruttivi nel consolidamento e restauro degli edifici

Continuo la pubblicazione dei “particolari costruttivi” estratti dal mio archivio che, come avvenuto per gli altri pubblicati nel libro Particolari Costruttivi nel Consolidamento e Restauro, Roma, DEI Tipografia del Genio Civile, 2014, saranno contenuti in quello che sono in procinto di consegnare all’Editore.

La ragione di questo ciclo di articoli è all’interno di questo mio pensiero che fece parte della premessa di quel libro e che continua ad alimentare i miei ideali professionali: “nel Consolidamento e Restauro degli Edifici la scienza e le applicazioni della scienza si innescano dall’ideazione all’esecuzione, senza soluzione di continuità … sempre all’unisono” … cosicché “ho raggiunto, da tempo, la convinzione che sia ora di diffondere prima di tutto la pratica colta del “saper leggere” le strutture, interpretarne le necessità e individuarne le patologie per ricorrere alle più idonee tecniche di intervento, nel peculiare rispetto del bene su cui si opera”. per poi modellare e calcolare con il sapere di cui noi Ingegneri siamo padroni”. 

Per esperienza so che i professionisti, in particolare i più giovani, durante il loro percorso lavorativo, hanno sempre bisogno di vedere chi progetta e chi esegue per divenire partecipi al futuro, migliorando il proprio sapere acquisito.

Ovviamente le tecniche di intervento descritte in questo articolo sono tra le numerose altre possibili e quindi non dovranno ritenersi risolutive per qualsiasi dissesto o patologia strutturale… mai perdurare, in monotematismi tecnologici “salvifici” che si credono ristorativi di tutte le necessità, perché ogni struttura dissestata mostra la propria individuale identità e la propria specifica sofferenza.

Cosicché, sulla base di questi princìpi elementari, ho da sempre esposto le mie esperienze che, sono sicuro, i Colleghi con la pratica e con le nuove conoscenze scientifiche miglioreranno come spero di aver fatto io con i miei Maestri.

Una precisazione: in tutte le tecniche di consolidamento strutturale che saranno esposte nell’articolo si è tenuto conto della “componente verticale del sisma” e del “Jerk - derivata prima dell’accelerazione sismica e terza dello spostamento” (1); quest’ultimo genera azioni impulsive corrispondenti al contenuto in alta frequenza del moto sismico ed è forte concausa delle crisi locali delle connessioni, dei fenomeni disgregativi di accumulo del danno con riduzione progressiva della duttilità della struttura. 

Descrizione dei vari interventi di consolidamento di volte

Intervento attraverso il confinamento della volta all’interno di un intonaco armato all’intradosso e di una soletta orizzontale superiore in c.a. leggero

L’intervento di consolidamento di una volta dissestata, intonacata e priva di presenze pittoriche (Figure 1 e 2) ha previsto il suo confinamento all’interno di un micro intonaco di calce, inerti e acqua, armato in questo caso con rete di acciaio zincata (si può raggiungere lo stesso scopo con una rete di altro materiale riconosciuto valido dalla Normativa vigente) e di una soletta orizzontale di calcestruzzo armato leggero eseguito in corrispondenza del piano di calpestio superiore.

Le due parti strutturali descritte sono state collegate con perforazioni verticali armate con barre di acciaio, al cui vertice inferiore sono state saldate piattine di acciaio zincato che hanno vincolato la rete intradossale, e il cui vertice superiore è stato piegato a 90° e inglobato dentro la soletta in c.a..

FIGURA 1 - Confinamento della volta dissestata all’interno di un “micro-intonaco armato” al suo intradosso e di una soletta superiore in c.a. leggero.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Le perforazioni sono state saturate con resine epossidiche (valide anche quelle a base di vinilestere) bicomponenti a media densità e con il 70% della loro maturazione raggiunta entro 15 minuti dall’iniezione.

Queste caratteristiche così stringenti sono sempre finalizzate ad evitare, prima che avvenga il suo indurimento, la dispersione del “collante” all’interno del riempimento eterogeneo e aperto della volta.

FIGURA 2 - Particolare costruttivo di cui alla Figura 1.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Nel caso attuato, trattandosi di una volta di un chiostro di un convento, è stato previsto inoltre di creare l’ancoraggio della sua parte esterna, poggiante sulle colonne, alla parete interna dell’edificio per mezzo di barre di acciaio che, prima del getto della soletta orizzontale, sono state pre-sollecitate con il “Dispositivo Massimo Mariani” (di cui si parlerà in questo ciclo di articoli con INGENIO o si potrà trovare pubblicato sui miei libri). Le barre di acciaio orizzontali all’interno della soletta sono state vincolate alle murature con perforazioni armate, iniettate con lo stesso tipo di materiale già descritto.

Intervento attraverso il confinamento della volta all’interno di un micro-intonaco armato all’intradosso e di una soletta orizzontale superiore in c.a. leggero collegata all’Intonaco Armato da eseguire sulle pareti dell’edificio e a fasce-tiranti ottenuti con profilati di acciaio (Dispositivo Massimo Mariani)

L’intervento sulla volta mostrato nelle figure 3 e 4 è simile a quello descritto precedentemente e prevede di collegare la soletta estradossale e il micro-intonaco armato con l’intonaco armato intradossale interno all’edificio per ottenere un “effetto scatolare” che si completi con la ristilatura armata eseguita all’esterno. Intonaco armato e ristilatura armata sono tra loro collegati con barre di acciaio inserite in perforazioni saturate con idoneo “collante”.

FIGURA 3 - Confinamento della volta dissestata all’interno di un “micro-intonaco armato“ al suo intradosso e di una soletta superiore in c.a leggero, collegata all’”intonaco armato” eseguito sulle pareti.
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FIGURA 4 - Particolare costruttivo di cui alla Figura 3.
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Intervento di confinamento della volta, composta da una muratura in pietra “a vista“, all’interno di una Ristilatura Armata all’intradosso e di una soletta orizzontale superiore in c.a  leggero, con le pareti dell’edificio rinforzate con la Ristilatura Armata

La volta di figura 5, composta da una muratura in pietra “a vista”, è stata consolidata con la tecnica della “ristilatura armata” (che verrà descritta su un altro articolo di questo ciclo) diffusa sull’impianto murario strutturale dell’edificio e, in alcune parti, combinata a quella dell’intonaco armato eseguita al suo interno.

In questo caso sono state effettuate perforazioni dall’intradosso verso l’alto, armate con barre filettate che, sulle imposte, sono state inoltrate nelle murature terminando al loro interno. Sulle reni queste sono state fatte uscire sull’estradosso, in corrispondenza dell’orizzontamento, per essere inglobate dentro la soletta in calcestruzzo leggero armato.

FIGURA 5 - Consolidamento di una volta composta da una muratura in pietra “a vista“ usando la tecnica della “ristilatura armata” eseguita al suo intradosso.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Come per le altre esperienze descritte, le perforazioni sono state saturate con resine epossidiche bicomponenti a media densità e con maturazione del 70% raggiunta entro quindici minuti.

Tutte le barre a raggiera del consolidamento della volta sono state fornite di un foro (cruna) su un loro esterno che ha accolto la fune di acciaio della “ristilatura armata” intradossale. Queste perforazioni armate, oltre a collegare le due parti, ristilatura armata e soletta che producono confinamento della volta, generano un sistema di rinforzo che si contrappone anche alle sollecitazioni sismiche di taglio, spesso ignorate, perpendicolari alla sezione.

Per ottenere un effetto “scatolare” d’insieme dell’intervento sulle strutture da consolidare, l’armatura della soletta orizzontale è stata collegata a quella dell’intonaco armato sulle murature interne dell’edificio. Le murature portanti dell’elevato sopra la volta sono state consolidate con la ristilatura armata sull’esterno in pietra da conservare “a vista” e con l’intonaco armato all’interno.

Intervento di confinamento della volta, composta da una muratura in pietra “a vista“, all’interno di una Ristilatura Armata all’intradosso e di una soletta orizzontale superiore in c.a  leggero, con le pareti dell’edificio rinforzate con l’Intonaco Armato e la Ristilatura Armata

L’intervento mostrato nella figura 6 è analogo a quello precedente per il quale è stato previsto un intonaco armato anche sui piedritti delle volte, lasciando al loro intradosso le pietre “a vista”.

FIGURA 6 - Consolidamento di una volta composta da una muratura in pietra “a vista“ usando la tecnica della “ristilatura armata” eseguita al suo intradosso e rinforzando i piedritti e le pareti portanti con “intonaco armato” e “ristilatura armata”. (La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Intervento di confinamento della volta, composta da una muratura in pietra “a vista“, all’interno di una Ristilatura Armata all’intradosso e di una soletta orizzontale superiore in c.a leggero

Nella figura 7 è rappresentato lo stesso tipo di intervento di quelli descritti precedentemente ma, in questo caso, eseguito esclusivamente sulla volta non prevedendo il rinforzo delle pareti esterne e interne delle murature a “vista”.

FIGURA 7 - Intervento analogo a quello della Figura 5 precedente eseguito solo sulla volta.
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Intervento di consolidamento di una volta in muratura attraverso la rimozione del suo  riempimento estradossale

Il consolidamento della figura 8 ha previsto la rimozione del riempimento estradossale della volta e la sua ricostruzione con calcestruzzo con aggregati leggeri (LC 25/28), armato con barre di acciaio che, al loro esterno, sono state inserite nelle perforazioni e vincolate alle murature accoglienti con resine epossidiche bicomponenti (sarebbero comunque idonee anche altre sostanze di pari efficacia).

FIGURA 8 - Intervento di consolidamento di una volta in muratura con la rimozione del suo riempimento estradossale.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Completa l’armatura di questa ricostruzione armata della volta una rete di acciaio elettrosaldata posta orizzontalmente che, risvoltata, è stata sovrapposta a quella dell’intonaco armato interno all’edificio costituendo in questo modo un sistema strutturale di tipo “scatolare” combinato con l’intonaco armato anche all’esterno.

La continuità dell’intonaco armato interno-esterno è stata ottenuta con le barre sagomate a “X” che, inserite dall’alto nelle perforazioni, sono state piegate “a caldo” e successivamente poste sotto la rete di armatura dell’intonaco armato e inglobate nel suo getto.

La rete dell’intonaco armato interno è stata prolungata sino all’interno del getto del riempimento in c.a. leggero della volta.

Prima dell’inizio di qualsiasi operazione, sotto la volta, è stato eseguito un adeguato puntellamento.

Intervento di consolidamento di una volta in muratura attraverso la rimozione del suo riempimento estradossale con l’aggiunta di un micro-intonaco armato all’intradosso collegato al suo riempimento strutturale leggero

Quanto detto sulla ricostruzione della volta nel precedente intervento descritto vale anche per quello mostrato dalle figure 9 e 10, con la variante costituita dall’esecuzione del micro-intonaco armato all’intradosso collegato al suo riempimento strutturale in c.a. leggero per mezzo di barre verticali, fornite di piattine di acciaio zincato saldate ad uno degli estremi delle stesse che hanno avuto la funzione di vincolare la rete porta intonaco. L’altro estremo è stato piegato a 90°. Questo sistema è idoneo quando l’intonaco all’intradosso può essere rimosso perché privo di presente pittoriche o fregi da tutelare.

FIGURA 9 - Intervento simile a quello mostrato nella figura 8 con l’aggiunta di un “micro-intonaco armato” all’intradosso, collegato al suo riempimento strutturale in  c.a leggero.
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Un principio da estendere sempre ad ogni intervento di consolidamento degli orizzontamenti è quello di prestare particolare cura nella verifica dell’adesione degli intonaci da conservare il cui crollo, in caso di sisma, potrebbe causare danni gravi alle persone e alle cose. Per questo motivo, non riuscendo generalmente a raggiungere la certezza della loro stabilità nel tempo e soprattutto durante il successivo sisma, se ne consiglia la rimozione e la ricostruzione, specialmente quando si è in presenza di lesioni o di vuoti accertati.

La sezione di figura 10 mostra una volta deformata a causa dell’ultimo sisma sopportato che sarà conservata nelle sue condizioni trattandosi di un edificio vincolato per legge e, soprattutto, per custodire la memoria (“le cicatrici”) dell’accaduto, pur raggiungendo la sicurezza che l’intervento di consolidamento previsto dovrà garantire.

FIGURA 10 - Intervento analogo a quello descritto con la figura 9. Recupero di una volta deformata dal sisma.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Intervento che prevede la conservazione delle murature di base e le volte del primo orizzontamento di un edificio semidistrutto dal sisma in gran parte da demolire e ricostruire

La figura 11 rappresenta un intervento post-sismico “complesso” (le cui ideazioni di progetto sono contenute nella figura 12 e figura 13) che prevede la conservazione delle murature di base e delle volte in pietra del piano terra e la demolizione e la ricostruzione del restante elevato ormai distrutto dal terremoto.

FIGURA 11 - Intervento post-sismico con la conservazione delle murature alla base in pietra a vista e delle volte del primo orizzontamento di un edificio semi distrutto dal sisma.
(La tavola in alta risoluzione è disponibile in allegato in fondo all'articolo)

Da questa parte strutturale di pregio che costituisce il lontano impianto originario, sopra il quale fu edificato l’elevato offeso che sarà, supportato da una sottofondazione diffusa composta da pali di grande e di piccolo diametro, ripartirà una “muratura armata“ formata da blocchi di laterizio portante contenenti, al loro interno, ad intervalli definiti dalle esigenze, pilastrini in cemento armato.

Passando in modo specifico al consolidamento della volta e dei suoi piedritti (pareti), in primo luogo, sarà eseguita un’attenta opera di puntellamento diffuso su tutta la sua superficie intradossale; successivamente si passerà al suo svuotamento e alla ricucitura di ogni incertezza strutturale rilevata a seguito di questa operazione e si inizierà la sua ricostruzione strutturale che avverrà con calcestruzzo leggero, armato con barre che saranno ancorate alla muratura all’interno di perforazioni, saturate con resine epossidiche bicomponenti (o con materiali di pari efficacia da concordare e testare con la Direzione dei Lavori) a media densità e con tempo di maturazione non superiore a 15 minuti.

Quest’ultima prescrizione dovrà essere assolutamente rispettata trattandosi di una muratura con presenza di ampi vuoti che potrebbero causare il defluimento e la percolazione del materiale collante al suo interno, con il conseguente depauperamento della loro presenza e della loro efficacia all’interno dei fori.

L’operazione successiva sarà quella del consolidamento della muratura del piedritto esterno e di quelli interni.

Riguardo al primo, trattandosi di una muratura di pregio in pietra da conservare “a vista” si ricorrerà ad una “ristilatura armata” con funi di acciaio e diatoni costituiti da barre, anch’esse di acciaio, da porre all’interno di perforazioni saturate con i materiali e le modalità descritte precedentemente.

Per i piedritti (pareti) interni all’edificio è stato previsto un intonaco armato che le rivestirà fino alle imposte per lasciare in vista le volte di pregio in pietra.

Ringrazio i miei allievi-collaboratori Alessia Travanti, Luca Ranocchia, Nicola Pero Nullo, Stefano Gesumaria e Fulvio Massimo Mariani per avermi coadiuvato in questo articolo e per aver eseguito i disegni.

Tutti i disegni contenuti nel presente articolo non sono coperti da copyright, quindi sono utilizzabili per fini professionali personali.

(1) Questi due argomenti sono stati oggetto degli studi e della ricerca condotti con Francesco Pugi e diffusi con articoli sul portale web INGENIO (che ringrazio), sulla rivista INGENIO MAGAZINE nonché su pubblicazioni internazionali i cui link sono riportati in fondo a questo mio contributo.

PARTICOLARI COSTRUTTIVI

Questo articolo fa parte di una serie di contributi a firma di Massimo Mariani in cui si vuole mettere al centro l'analisi dei particolari costruttivi nei diversi interventi di consolidamento delle strutture o nelle opere provvisionali.

Ecco il piano degli articoli sui Particolari Costruttivi:

-"Rinforzo di piano di edifici in muratura con fasce di ristilatura armata esterna e intonaco armato interno";
-"Cerchiature delle aperture nelle strutture murarie per mezzo di profilati piatti di acciaio";
-"Interventi di consolidamento di solai in latero-cemento e in acciaio con profilati piatti";
-"Rinforzo di solai in legno con travi, funi e tenditori di acciaio";
-"Rinforzo strutturale con fasce-tiranti di acciaio con il "Metodo-Dispositivo Massimo Mariani”;
-"Consolidamento e restauro degli edifici in muratura: interventi sulle volte";
-"Consolidamento e rinforzo di strutture su solai, capriate e altro";
-"Consolidamento e restauro: il caso di capriate, volte a botte, di edifici dall'interno ed esterno";
-"Opere provvisionali per la messa in sicurezza di dissesti strutturali dell'elevato";
- "Jerk: effetti delle azioni sismiche impulsive e crisi locali nelle strutture in muratura";
- "Jerk sismico e sollecitazioni impulsive: progettazione di rinforzi delle murature"

PER IL QUADRO GENERALE DELLE OPERE DELL'AUTORE > www.massimomarianistudio.com