Consolidamento di archi e volte in muratura dissestati: tre metodi di intervento

Attraverso tre paragrafi tratti dal nuovo libro di Massimo Mariani*, in corso di pubblicazione su Ingenio, l’articolo approfondisce alcune tecniche di consolidamento strutturale applicate ad archi e volte in muratura. I casi illustrati riguardano l’irrigidimento di archi con profilati metallici ancorati alle murature portanti, il rinforzo di volte in laterizio mediante connettori e solette collaboranti e il confinamento di una volta a crociera tramite collegamenti armati all’intradosso e all’estradosso.

Il tema riguarda il miglioramento del comportamento strutturale delle volte in muratura mediante connessioni armate, sistemi di confinamento e solette collaboranti, finalizzati ad aumentare la risposta alle azioni statiche e sismiche e a contrastare fenomeni di distacco e perdita di ammorsamento tra gli elementi resistenti.

I casi studio sono corredati da tavole progettuali, dettagli costruttivi e schemi esecutivi, liberi da copyright, utili ai professionisti per la progettazione e la realizzazione di interventi su edifici esistenti in muratura. Nei prossimi contributi saranno approfondite ulteriori tecniche di consolidamento dedicate ad archi, volte e sistemi murari storici.

^*Testo e tavole progettuali tratti dal NUOVO LIBRO di Massimo Mariani 
INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO E RESTAURO DEGLI EDIFICI IN MURATURA. PARTICOLARI COSTRUTTIVI,
in corso di pubblicazione su INGENIO.
Per i paragrafi pubblicati già online  LEGGI QUI

Consolidamento di archi in laterizio mediante profilati piatti in acciaio di irrigidimento

Intervento descritto nel capitolo "Interventi atti a ridurre la spinta di archi e volte", paragrafo 1.6.4

L’intervento che si descrive è stato necessario per il contenimento delle spinte degli archi di laterizio sui quali insistono le volte a crociera della navata della chiesa (figure 1.6.4a e 1.6.4b).

A tal fine sono stati posti in opera profilati piatti di acciaio S275, posti sull’estradosso delle nervature di mattoni e ad esse ancorati mediante perforazioni armate con barre filettate e saturate con resine epossidiche bicomponenti a media densità e con breve tempo di indurimento; attualmente per la saturazione dei fori armati si può ricorrere a materiali a base cementizia, calcica o mista tra i due, talvolta, se necessario additivata con sostanze epossidiche e antiritiro che, comunque, garantiscano sempre una maturazione celere e posseggano un’adeguata densità per impedire la percolazione del materiale nella muratura, il più delle volte priva di omogeneità.

È stata prevista la saldatura delle fasce di acciaio ad un sistema di profilati piatti, sempre dello stesso spessore, modellati in modo da fasciare gli appoggi delle capriate di copertura per collegarle alle murature perimetrali mediante perforazioni armate con barre filettate. I dadi delle barre di acciaio sono stati serrati previa interposizione, fra la fascia e la volta, di una malta di livellamento.

La catena di acciaio centrale che, dopo un attento controllo, ha evidenziato l’assenza di un sicuro ancoraggio nella parte in adiacenza al campanile, è stata sostituita con una sua analoga. È stato realizzato quindi un nuovo ancoraggio iniettato con resine epossidiche bicomponenti a media densità e con tempo di maturazione limitato e sono stati posti in opera capichiave alle estremità costituiti da piastre e contro-piastre in acciaio (figure da 1.6.4c a 1.6.4f).

Consolidamento di volte in laterizio in foglio mediante massetto leggero rimovibile con utensili a mano, armato e supportato da connettori metallici

Intervento descritto nel capitolo "Interventi atti a ridurre la spinta di archi e volte", paragrafo 1.6.5

L’edificio oggetto del consolidamento strutturale eseguito (Figura 1.6.5a), presentava evidenti segni di dissesto concentrati essenzialmente sulle volte in mattoni pieni di laterizio posti in foglio.

Lo scuotimento sismico aveva prodotto il crollo di piccole porzioni delle volte a crociera e di una volta a botte e il distacco delle stesse rispetto alle pareti perimetrali, effetti questi dovuti essenzialmente alla grande differenza di rigidezza, durante il dinamismo, delle strutture murarie verticali rispetto a quelle esili e fragili delle volte.

Le volte erano state oggetto di un precedente intervento di miglioramento sismico realizzato con il ricorso a fasce di materiale composito applicate al loro estradosso. Tale intervento fu mirato essenzialmente al rinforzo della loro struttura ma non all’ancoraggio delle stesse alle pareti esterne e agli archi perimetrali che mostravano sofferenza dovuta a licenziamenti avvenuti tra le parti.

La volta absidale è composta da sei spicchi in mattoni di laterizio posti in foglio (Fig. 1.6.5b e 1.6.5c). L’intervento di consolidamento strutturale generale è stato preceduto dal ripristino delle porzioni di volte crollate. É stata infatti, realizzata una idonea centinatura con pannelli di legno, compensato all’intradosso, supportati da puntelli e ripristinata la volta mediante utilizzo di laterizi della stessa tipologia, posti in foglio e malta di calce confezionata con cromia simile a quella originaria.

Successivamente, il rinforzo della struttura è avvenuto con la posa in opera di connettori di acciaio all’estradosso della volta, connessi alla stessa mediante resina epossidica bicomponente.

All’uopo sono state utilizzate due tipologie di connettori, connettori ad “U” per le nervature di incrocio di ciascuno spicchio, e connettori a “C” per le parti interne degli spicchi di volta.

All’interno dei connettori a “U” suddetti, per ciascuna nervatura, sono state successivamente inserite barre di acciaio, anch’esse ancorate alle pareti perimetrali mediante perforazioni saturate con resine epossidiche bicomponenti.

Attualmente, con l’evoluzione delle tecniche, si è giunti al ricorso di malte a base calcica-M15 additivate che garantiscono idonee adesioni tra muratura e barra di acciaio.

I connettori metallici sono stati resi collaboranti con la struttura voltata mediante getto di una soletta superiore in calcestruzzo leggero.

La soletta in calcestruzzo leggero è stata ancorata alle murature perimetrali con perforazioni diffuse armate con barre di acciaio saturate con resina epossidica bicomponente a media densità con maturazione del 70% entro 15 minuti dall’iniezione (si veda la puntualizzazione precedente).

La volta che presentava, come già detto, un intervento precedente realizzato con fasce di fibra incollate all’estradosso, è stata liberata dai residui di fibra e resina prima dell’incollaggio dei connettori di acciaio previsti per il nuovo intervento.

Per la volta a botte, posta all’ingresso dell’edificio, è stata prevista la posa in opera di un’armatura diffusa costituita da barre di acciaio B450C, ancorate da un lato alla muratura della facciata di ingresso e dall’altro all’arco in laterizio pieno costituente il costolone della prima delle volte centrali. Tali barre sono state poste in opera mediante perforazioni inglobate all’interno di una soletta di calcestruzzo con inerti leggeri classe LC25/28, armata con rete elettrosaldata (anche in questo caso si può fare ricorso ad altre tecnologie che prevedono reti in fibra di vetro). Il particolare esecutivo in oggetto riporta per tali barre tre distinte posizioni, studiate in modo tale da ottenere una completa sovrapposizione delle stesse all’interno del getto del calcestruzzo leggero(figure 1.6.5c e 1.6.5d).

Nel caso delle voltine laterali, l’intervento è stato mirato al collegamento di quelle interne alle murature perimetrali, tenendo in conto della presenza degli archi in mattoni pieni di laterizio proprio in prossimità di queste ultime. Per una comprensione delle opere di consolidamento strutturale eseguite si faccia riferimento ai particolari esecutivi riportati nelle figure 1.6.5f, 1.6.5g. e 1.6.5h.

Confinamento di una volta a crociera mediante doppio presidio strutturale all'intradosso ed estradosso

Intervento descritto nel capitolo "Interventi atti a ridurre la spinta di archi e volte", paragrafo 1.6.6

L’intervento ha riguardato il consolidamento strutturale di una volta a crociera in laterizi ottenuto senza il ricorso al suo svuotamento (Figura 1.6.6a e 1.6.6b).

La prima operazione è stata quella di rimuovere il pavimento e il riempimento per uno spessore di circa 10 cm. È stata quindi stesa una rete di acciaio elettrosaldata zincata a caldo sopra alla quale è stata posta in opera una maglia di barre di acciaio ad interasse di 70 cm, le cui estremità sono state inserite nelle murature portanti di perimetro all’interno di perforazioni, successivamente saturate con resina epossidica a media densità, con maturazione del 70% del suo decorso avvenuta entro 15 minuti dall’iniezione (Figura 1.6.6c). Le barre, divise in due parti, una volta inserite nella muratura sono state unite con doppia saldatura continua a cordone su ambo i lati del contatto tra i tondini.

L’estremità delle barre rivolta verso l’esterno dell’edificio è stata sollecitata a trazione ricorrendo al “Dispositivo Massimo Mariani” per mezzo del quale poi queste sono state saldate alle fasce di acciaio esterne poste a livello dell’orizzontamento, costituendo in questo modo un ancoraggio continuo (capochiave diffuso) sul perimetro esterno. Successivamente alla pretensione delle barre, ricorrendo a tubicini da inserire nel foro, è stata eseguita la saturazione di quest’ultimo con resine epossidiche aventi le stesse caratteristiche di quelle già descritte. La “media densità” e i tempi celeri di maturazione richiesti per le caratteristiche delle resine epossidiche (in questo caso, o per “materiali di pari efficacia” in altri casi) hanno avuto lo scopo di limitare quanto più possibile la loro percolazione fra i vuoti della muratura presenti sin dalla costruzione della muratura stessa e aumentati con il ripetersi dei sismi. In questo modo si è potuto evitare lo svuotamento dei fori durante l’iniezione di saturazione. Questo sistema ha consentito l’utilizzo delle barre come tiranti che sono state rese solidali alla fasce esterne contenute sotto l’intonaco, eseguendo saldature a cordone a completa saturazione su tutta la loro circonferenza a contatto con le fasce. Le fasce di acciaio esterne, sono state avvolte con una rete porta intonaco di acciaio.

Successivamente, all’intradosso della volta è stata posta in opera una rete di acciaio che avrà lo scopo di costituire una protezione nei riguardi di eventuali distacchi di parti o di elementi costituenti, che potrebbero verificarsi durante i sismi e di confinare il corpo della volta all’interno di due presidi: quello dell’intonaco armato intradossale e quello estradossale ottenuto con la soletta in c.a..

La rete intradossale è stata quindi collegata alla soletta in c.a. superiore tramite perforazioni armate con barre di acciaio disposte verticalmente a quinconce, anch’esse saturate con resine epossidiche bicomponenti dello stesso tipo di quelle descritte precedentemente. All’estremo inferiore delle barre a contatto con la rete inferiore, sono state saldate piattine di acciaio zincato a caldo quadrate.

Ultima operazione eseguita è stata quella del getto della soletta in c.a. composta da aggregati leggeri, ma con resistenze caratteristiche dettate dalla normativa vigente.

Nella sezione ALLEGATI è possibile scaricare tutte le TAVOLE PROGETTUALI

Per una panoramica più ampia delle tecniche di rinforzo delle strutture voltate, consulta anche il precedente articolo dedicato ad altri tre interventi di consolidamento di volte in muratura.