Miglioramento e adeguamento sismico: rinforzi per strutture esistenti in muratura

Indice:

• FRP e FRCM: sistemi innovativi
• Catene metalliche, catene (o fasce) in FRP/FRCM e miscele leganti
• L’importanza di 3Muri Project per il miglioramento e l’adeguamento sismico

Quando la struttura esistente in muratura non dispone del livello di sicurezza richiesto dalla normativa, dal punto di vista strutturale è necessario intervenire in ottica di adeguamento o di miglioramento statico e sismico. Per far fronte a tale necessità, si fa riferimento ad interventi di rinforzo sugli elementi strutturali danneggiati o poco resistenti.

Tra le principali modalità di intervento strutturale, si cita l’utilizzo di rinforzi FRP (Fiber Reinforced Polymer) e dei rinforzi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) che, regolati dalle norme di riferimento, hanno subito una rapida diffusione.

A seconda dei casi, però, è possibile usufruire anche di altre modalità altrettanto efficaci e consolidate, come le catene metalliche o le miscele leganti.

FRP e FRCM: sistemi innovativi

I sistemi di rinforzo FRP

I sistemi di rinforzo FRP sono costituiti da fibre immerse in una matrice polimerica e la loro applicazione avviene mediante l’uso di resine che svolgono due diverse funzioni:

• elemento impregnante,
• adesivo al substrato interessato.

Le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti in termini di resistenza e di rigidezza, mentre la matrice svolge la funzione di proteggere le fibre e ha il compito di trasferire gli sforzi tra le fibre e l’elemento su cui è stato applicato il composito.

Le fibre più utilizzate per produrre compositi per il rinforzo strutturale sono quelle in vetro e in carbonio e quelle aramidiche e in base alla direzione di tessitura trama-ordito, i tessuti si distinguono in:

• uniassiali,
• biassiali,
• multiassiali.

Per la produzione dei compositi fibro-rinforzati, vengono utilizzate matrici polimeriche a base di resine termoindurenti: qui è l’adesivo ad avere il compito di trasferire le forze tra l’elemento da rinforzare e il composito.

L’applicazione di un rinforzo FRP ad un elemento strutturale comporta anche un miglioramento globale della struttura (come l’intervento mediante catene metalliche), non solo un miglioramento locale dell’elemento.

I compositi FRCM

La caratteristica dei compositi FRCM è la loro costituzione a base di fibre ad elevata resistenza a trazione annegate all’interno di una matrice inorganica che garantisce l’aderenza.

Questi sistemi sono costituiti da reti a maglia aperta e godono di proprietà direttamente collegate all’efficacia finale del rinforzo in opera, ovvero un’elevata durabilità e deformabilità che garantiscano l’efficacia dell’intervento nel tempo.

E’, infatti, essenziale garantire la collaborazione tra i materiali di cui è costituito l’elemento strutturale e il materiale utilizzato nell’intervento, affinché la capacità resistente venga preservata nel tempo.

La circolare n°7/2019, al cui paragrafo C8.6 sono contenuti tali concetti, invita a soffermarsi sulla necessità di valutare gli effetti dovuti al comportamento termico, alle reazioni chimiche e al ritiro differenziale, evidenziando come questi aspetti possano compromettere l’efficacia dell’intervento a lungo termine.

Catene metalliche, catene (o fasce) in FRP/FRCM e miscele leganti

Le catene metalliche vengono utilizzate in caso di connessioni deboli o mancanti al fine di prevenire il ribaltamento delle facciate, migliorare le prestazioni delle fasce murarie o bilanciare la spinta generata dagli orizzontamenti. Si tratta di tiranti metallici monodimensionali generalmente a sezione circolare, corredati da elementi di ancoraggio che ne consentono la messa in opera, definiti capochiave.

L’utilizzo di catene metalliche viene spesso preferito ad altre tipologie di intervento per l’economicità e la reversibilità, condizione che aggiunge un notevole valore in caso di edifici in muratura esistente interessati da opere di restauro conservativo.

Anche i sistemi FRP e FRCM possono essere utilizzati come catene al livello del solaio generando un miglioramento globale della struttura e, se si effettua correttamente l’intervento, anche un miglioramento sismico lungo l’asse delle spinte orizzontali.

La normativa impone un aumento dell’indice di vulnerabilità dello stato di progetto rispetto allo stato di fatto pari a un valore di almeno 0,1 per considerare valido il miglioramento sismico; necessità soddisfatta in caso di utilizzo delle catene (o fasce) in FRP e FRCM che applicate alle pareti perimetrali della struttura trovano la massima efficacia della loro funzione, fungendo da supporto consolidante.

E’ possibile intervenire anche effettuando iniezioni di miscele leganti che permettono di prevenire la disgregazione della muratura rafforzando il legame tra le parti e contribuendo all’eliminazione dei vuoti. Ne risulta una muratura coesa e dal comportamento monolitico.

Tale operazione determina l’amplificazione delle resistenze meccaniche e dei moduli elastici, per questo è fondamentale selezionare la miscela con cura e prestare attenzione alla compatibilità chimico-fisico-meccanica tra la miscela e la tipologia muraria in oggetto, per non incorrere in eventuali reazioni non previste.

Il coefficiente di amplificazione delle resistenze meccaniche e dei moduli elastici viene definito dalla normativa vigente in base alla tipologia di muratura.

L’importanza di 3Muri Project per il miglioramento e l’adeguamento sismico

Data la grande varietà di prodotti presenti sul mercato è necessario che il progettista abbia piena padronanza di tutti i concetti espressi all’interno delle norme tecniche e del significato di tutti i parametri in essa contenuti.

Il dimensionamento di questa tipologia di rinforzi dipende da un elevato numero di parametri che differenziano i diversi casi. Basti pensare a come, oltre alle caratteristiche meccaniche delle fibre, incidano sulle prestazioni anche parametri come la grammatura, la tessitura e le proprietà della matrice.

Basare la scelta di un sistema di rinforzo sulle caratteristiche meccaniche del singolo rinforzo non è mai sufficiente: l’elemento che va analizzato è il sistema finale, formato dal rinforzo applicato sull’unità strutturale.

A tale proposito è necessario utilizzare un software di calcolo che metta a disposizione del progettista un archivio contenente gli elementi di rinforzo e i relativi parametri geometrici e meccanici.

3Muri Project, software sviluppato da S.T.A. DATA per il calcolo sismico e statico delle strutture in muratura, consente la progettazione di interventi su edifici esistenti, fornendo un aiuto concreto al progettista.

Attraverso l’analisi pushover 3Muri Project consente di individuare le zone maggiormente interessate dall’evento sismico, mappando il danno che si manifesta all’interno degli elementi strutturali esistenti.

Esaminando nel dettaglio gli elementi deteriorati, è possibile individuare le zone sulle quali intervenire mediante gli adeguati rinforzi.

All’interno dell’apposita finestra di definizione di 3Muri Project è possibile specificare le caratteristiche del rinforzo accedendo alle varie librerie presenti fornite dai produttori e contenenti tutti i parametri geometrici e meccanici, relativi alle diverse tipologie di rinforzo, e una serie di ulteriori parametri descrittivi.

Nel caso di rinforzi FRCM l’applicazione su un rinforzo conforme a quello convenzionale ci offre la possibilità di utilizzare, al posto dei classici parametri caratteristici, i parametri convenzionali ed evitare le verifiche nei confronti del fenomeno di distacco.

Come suggerito all’interno della CNR-DT 215/2018: “l’applicazione del rinforzo su un supporto convenzionale coerente a quello suggerito, permette di evitare la verifica esplicita nei confronti del distacco dal supporto o di scorrimento delle fibre nella matrice in corrispondenza delle estremità del rinforzo.”

Se si considera l’inserimento di catene metalliche, operabile sia in ambiente globale che in ambiente locale, 3MuriProject permette di sostituire il pannello murario con il sistema composto da pannello e catena, definendo le caratteristiche della stessa e il tiro precarico.

In caso di applicazione in ambiente locale 3Muri Project consente di dimensionare le catene applicando un tiro che equivale alla forza richiesta dalla catena stessa per soddisfare la verifica dei meccanismi locali.

Nel caso di interventi mediante iniezione di miscele leganti, 3MuriProject permette di effettuare la simulazione partendo dalla definizione del materiale, per poi sostituirlo alla porzione di muratura interessata dall’operazione.

La conoscenza approfondita della natura dei rinforzi e della loro modalità di applicazione è imprescindibile per poter realizzare un intervento corretto, a tale proposito l’uso di software di calcolo, come 3Muri Project, e librerie apposite rappresenta un grande vantaggio per il progettista in termini di qualità e tempi di realizzazione del lavoro, ma anche un supporto efficace per la scelta del rinforzo da applicare e per il successivo riscontro ottenuto mediante l’intervento.

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