Prove su tavola vibrante di strutture in muratura rinforzate con compositi a matrice inorganica

Nuovi sistemi per la protezione sismica del patrimonio culturale

Nei giorni 25-27 Novembre è stata eseguita una campagna di prove sperimentali su tavola vibrante per verificare l’efficacia di nuovi sistemi per la protezione sismica delle costruzioni murarie esistenti e del patrimonio culturale.
Le prove sperimentali sono parte dell’attività di ricerca sulla valutazione e mitigazione del rischio sismico dei beni culturali condotta dal gruppo del Dipartimento di Ingegneria dell’Università ROMA TRE coordinato dal prof. Gianmarco de Felice, finanziata nell’ambito dei Progetto ReLUIS –DPC 2005-08 e poi 2009-12, Task 1 “Valutazione della vulnerabilità di edifici in muratura, centri storici e beni culturali” e del progetto PRIN 2009 “Metodologie di Analisi e Modellazione di murature multistrato per la conservazione del costruito storico”. L’obiettivo è quello di mettere insieme le aziende produttrici, la ricerca scientifica, le imprese che operano nel settore del restauro dei beni culturali e le amministrazioni preposte alla tutela del patrimonio, per sviluppare strumenti, materiali e tecnologie per la protezione sismica del patrimonio culturale.
La presente sperimentazione nasce dalla collaborazione del Dipartimento di Ingegneria di ROMA TRE, con la KERAKOLL s.p.a., nell’ambito del Comitato europeo RILEM TC CSM “Composites for Sustainable Strengthening of Masonry”, per lo sviluppo di nuovi sistemi di rinforzo del patrimonio esistente, che possano essere eseguiti con spese ragionevoli nell’ambito dei normali interventi di ripulitura delle facciate e che quindi possano diventare parte di un programma di riqualificazione del costruito storico. In Italia, la grande vulnerabilità sismica dei centri storici, l’enorme sforzo finanziario necessario per fare fronte ai terremoti, come quelli recenti che hanno colpito il nostro paese, richiede un’azione comune di prevenzione sismica. Troppo spesso si interviene con opere di manutenzione straordinaria senza cogliere l’occasione per realizzare una adeguata protezione sismica alle nostre case.
La tecnologia messa a punto e sperimentata con queste prove è basata su sistemi di rinforzo di nuova generazione, costituiti da tessuti di trefoli di acciaio galvanizzato ad elevata resistenza applicati sulla superficie della muratura con matrici a base di calce idraulica naturale. Si tratta di combinare le prestazioni di tessuti ad alta resistenza con le caratteristiche delle matrici inorganiche, molto simili alle malte storiche opportunamente modificate per garantire l’adesione al supporto murario. L’utilizzo di queste matrici garantisce tra l’altro la compatibilità con il supporto in ottemperanza alle esigenze di conservazione e salvaguardia del patrimonio architettonico.
Questa sperimentazione è stata sviluppata con la collaborazione scientifica dell’Unità UTT MAT-QUAL dell’ENEA, ed effettuata presso il Centro Ricerche ENEA Casaccia, dotato di una tavola vibrante di dimensioni 4x4 metri in grado di applicare una registrazione sismica ad elementi strutturali in scala reale.
Il campione sottoposto alla prova sismica è un tipico assemblaggio murario composto da tre murature di altezza circa 3.5m. nelle quali è stata riprodotta la mancanza di connessione tra le pareti ricorrente in molte case in muratura nei centri storici delle città italiane e spesso causa dei principali danni sismici.
La struttura, in una prima fase è stata sottoposta a prove su tavola vibrante nella condizione priva di rinforzo fino al raggiungimento del collasso per ribaltamento, con l’apertura di lesioni all’attacco con i muri trasversali ed una lesione verticale al centro della facciata.
Il campione è stato poi riparato sigillando le lesioni con malta di calce idraulica naturale ed è stato rinforzato a cura dei tecnici della KERAKOLL con due fasciature in fibre di acciaio galvanizzato inglobate in malta idraulica naturale e collegate mediante connettori a scopa con fasciature analoghe nei muri trasversali.
La struttura muraria rinforzata come sopra descritto è stata sottoposta a sei registrazioni della rete accelerometrica nazionale dei principali terremoti italiani: tre relative al terremoto dell’Irpinia (1980), rispettivamente Bagnoli, Calitri e Sturno, la registrazione di Mirandola del terremoto in Emilia (2012), una delle registrazioni del terremoto dell’Aquila (2009) e la registrazione di Nocera Umbra del terremoto di Umbria e Marche (1997).
Per l’acquisizione dei dati delle prove, sono stati impiegati sistemi tradizionali basati sull’impiego di accelerometri, trasduttori a filo per ricostruire la storia temporale del moto sismico, strain gauges per valuare l’effettivo impegno dei tessuti di rinforzo e dei connettori progettati e, soprattutto, un innovativo sistema ottico, denominato 3DVision dell’Unità UTT MAT-QUAL dell’ENEA che, attraverso telecamere ad alta risoluzione, ha permesso la restituzione dell’intera storia del moto di speciali marcatori applicati alla struttura in termini di spostamenti, velocità e accelerazioni nello spazio.
Ogni input sismico è stato progressivamente scalato in termini di accelerazione con un fattore via via crescente da 0.5 a 2.5, fino alla condizione di collasso della struttura, che si è verificata con la registrazione di Nocera Umbra con un fattore di scala 2.5, ed un picco di accelerazione alla base della struttura di 1.1g. Per valutare l’incremento di resistenza ottenuto, si può considerare che la stessa parete precedentemente testata priva di rinforzi, aveva raggiunto la condizione di crisi con il segnale di Calitri scalato ad un picco di accelerazione di 0.32g.
I test sono stati seguiti in streaming da ricercatori italiani ed europei, con 50 collegamenti durante tutta l’ultima giornata di prove, grazie al laboratorio virtuale DySCo (Structural Dynamics, numerical Simulation, qualification tests and vibration Control) dell’ENEA.
La sperimentazione su tavola vibrante ha rappresentato un banco di prova in scala reale per valutare l’efficacia di queste nuove tecniche di protezione sismica, che hanno dimostrato essere in grado di portare ad una significativa riduzione della vulnerabilità rispetto ai cosiddetti meccanismi locali, vale a dire ai meccanismi di collasso per ribaltamento delle facciate fuori dal piano. Si tratta del principale e più temibile meccanismo di collasso subito dagli edifici storici. Rispetto agli interventi tradizionali, che prevedono l’uso di catene, i nuovi sistemi sperimentati hanno il pregio di costituire un elemento di ritegno esteso sulla facciata e non puntuale, in grado quindi di vincolare anche i meccanismi di spanciamento delle murature verso l’esterno e di rottura per flessione orizzontale. Lo spessore contenuto in pochi millimetri delle fasciature di rinforzo ne permette l’applicazione nello spessore degli strati di intonaco, senza nessun pregiudizio sull’architettura e la qualità materica delle facciate, anche grazie all’impiego di una matrice a base di calce, perfettamente compatibile con i successivi strati di intonaco tradizionale. Il costo, infine è relativamente contenuto, se si considera che un livello di protezione sismica adeguato si può ottenere con l’applicazione di una fascia di rinforzo orizzontale per piano di larghezza 300 mm, oltre ai connettori trasversali, e che il costo per metro quadro del rinforzo posato in opera è inferiore a 120 euro.
 

Scarica le slides di presentazione della campagna di prove

Il filmato è relativo ad una delle ultime simulazioni effettuate, subito prima del danneggiamento del campione; si tratta della simulazione del terremoto di L'Aquila con un fattore di scala 2 ed una accelerazione imposta alla base della struttura di 0.90g

Scarica l'articolo in formato pdf e sullo stesso argomento leggi anche l'articolo "ENEA: eseguiti test su RINFORZI per MURATURE"