Rinforzo di volte in muratura mediante intonaco armato e rete in GFRP

PREMESSA
La presenza di volte non portanti in muratura nel patrimonio dell’edilizia storica italiana ed europea è abbastanza frequente. Tali elementi strutturali manifestano, in genere, buone caratteristiche di capacità portante nei confronti dei carichi verticali, ma resistenze molto limitate nei confronti delle sollecitazioni orizzontali indotte dall’eccitazione sismica.
Nel seguito sono riportati i risultati di un studio sull'efficacia di una moderna tecnica di rinforzo sulle prestazioni di volte in muratura sottoposte ad azioni orizzontali agenti in direzione perpendicolare all’asse. La tecnica è basata sull’applicazione, all’estradosso o all’intradosso, di un intonaco rinforzato con reti in materiale composito in fibre di vetro (Glass Fiber Reinforced Mortar - GFRM).
Il setup di prova è stato appositamente progettato in modo da riprodurre il più fedelmente possibile l’azione di un carico orizzontale trasversale proporzionale al peso della volta. Gli autori hanno infatti recentemente evidenziato (Gattesco e Boem, 2016), mediante alcune simulazioni numeriche, che le configurazioni di carico semplificate generalmente adottate in letteratura, basate su carichi verticali concentrati a 1/4 o 1/3 della luce, non sono le più adatte per evidenziare correttamente le prestazioni delle volte rinforzate.

CARATTERISTICHE DEI CAMPIONI
Sono state eseguite tre prove sperimentali su volte a botte a scala reale (luce 4000 mm, larghezza 770 mm, spessore 120 mm, rapporto freccia/raggio = 0.75) - Figura 1a. È stato testato un primo campione non rinforzato (V01-75-NR), per confronto; il secondo campione è stato rinforzato all’estradosso (V02-75-RE), mentre il terzo è stato rinforzato all’intradosso (V03-75-RI).

Figura 1 - Volta non rinforzata V01-75-NR, con indicazione delle caratteristiche dimensionali (a), volta rinforzata all’estradosso V02-75-RE, prima dell’applicazione dell’intonaco (b).

Le volte sono state realizzate in muratura di mattoni pieni UNI in laterizio (fcomp = 15.7 MPa) e giunti in malta di calce idraulica naturale (f_comp = 2.93 MPa, f_traz = 0.4 MPa), aventi spessore medio pari a 10 mm.

Il rinforzo è stato realizzato applicando uno strato di malta bastarda (f_comp = 6.90 MPa, f_traz =1.10 MPa, E_Young = 14.4 GPa) di spessore 30 mm in cui è stata annegata un rete preformata in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), avente maglia di 66x66 mm².

Prima dell’applicazione della malta, sono stati inoltre inseriti connettori a “L” in GFRP, in ragione di 6 al m², mediante inserimento in fori eseguiti nella muratura e iniettati con resina epossidica tixotropica. Per migliorare l'ancoraggio del connettore all’intonaco sono stati impiegati dei fazzoletti di rete GFRP aggiuntivi di dimensione 150x150 mm² e maglia di 33x33 mm² (Figura 1b).

I fili della rete in GFRP (Figura 1b) sono costituiti da fibre di vetro AR (Alkali-Resistant) inglobate in una matrice polimerica termo-indurente (vinilestere epossidica con perossido di benzoile come catalizzatore); per formare le maglie della rete, i fili longitudinali (trama) sono intrecciati, in modo da fissare quelli trasversali piatti (ordito) in corrispondenza delle intersezioni. Le principali caratteristiche degli elementi in GFRP sono riassunte in Tabella 1. I fili di rete con le fibre intrecciate sono stati orientati nella direzione dell'arco.

Tabella 1 - Caratteristiche degli elementi in GFRP: area netta di fibre Afib, area lorda Atot, resistenza a trazione Tw (CNR DT 200/2006), rigidezza assiale EA

APPARATO DI PROVA
L’apparato di contrasto è costituito da profili metallici HEA assemblati in due telai piani collegati tra loro mediante due traversi orizzontali, su cui sono stati fissati due martinetti idraulici a doppio effetto (24 kN, ± 60 mm corsa) collegati in parallelo, agenti in direzione orizzontale e orientati nello stesso verso (Figura 2a). L’intero apparato è stato dimensionato in modo da garantire un'elevata rigidezza al sistema.
Ciascuna volta è stata costruita su dei profili metallici HEA, atti a simulare la presenza delle imposte, fissati al basamento in calcestruzzo e collegati, alle estremità, ai profili di base dell’apparato di contrasto.
Per simulare il più realisticamente possibile l’effetto di una distribuzione del carico orizzontale proporzionale alla massa della volta, ciascun attuatore è stato collegato al campione di prova attraverso un sistema a telaio a nodi incernierati, sorretto da guide scorrevoli (Figura 2b). In particolare, su ogni lato della volta sono stati predisposti otto bracci per l’applicazione del carico, strumentati con celle di carico (3 kN).

Il carico globale applicato dai due martinetti è inoltre, stato misurato attraverso un trasduttore di pressione. Alcuni potenziometri lineari e rotativi, fissati su supporti in acciaio indipendenti dall'apparato di contrasto, hanno permesso di rilevare lo spostamento verticale e orizzontale di sette punti per ciascun lato della volta.
Le prove sono state eseguite imponendo una variazione ciclica del carico orizzontale tra due valori opposti, via via crescenti (passo ± 1 kN, velocità ≈ 35 N/s), fino al raggiungimento della fessurazione alle imposte e alle reni (potenziale innesco del cinematismo). Le prove sono state poi proseguite, sempre ciclicamente, ma controllando lo spostamento orizzontale nella sezione in chiave (passo ± 10 mm, velocità 0,5 mm/s).

Figura 2 - Apparato di prova: (a) vista globale e (b) dettaglio del sistema a telaio predisposto per la distribuzione del carico sulla volta

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