Particolari costruttivi nel consolidamento e restauro

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1 Particolari costruttivi nel consolidamento e restauro Massimo Mariani - Ingegnere e Architetto, Consigliere del Consiglio Nazionale degli Ingegneri con delega alla Cultura 1. Formazione di nuovi vincoli per la conservazione di capriate costituiti da cuffie di acciaio e appoggi scorrevoli multidirezionali L intervento di consolidamento di capriate lignee, conservate integre (figure 1.a e 1.b), una volta accertata la conservazione di ogni elemento componente, è consistito nella formazione dei vincoli tra gli elementi stessi per mezzo di perni di acciaio, costituiti da barre inox filettate inserite in fori saturati con resine epossidiche bicomponenti adatte per il legno (figura 1.c). Fig. 1.a Consolidamento di una copertura a capriate lignee. Pianta degli elementi componenti. Fig. 1.b - Copertura interessata dall intervento di consolidamento. Sezione Z-Z (vedi fig. 1.a) 1

2 Fig. 1.c - Nuova copertura. Sezione X-X (vedi fig. 1.a) Fig. 1.d - Dettaglio della parte mobile solidale all appoggio della capriata lignea, che può liberamente muoversi all interno della piastra di base d acciaio ancorata con zanche al cordolo di sommità (sistema Massimo Mariani) 2

3 Fig. 1.e - Particolare costruttivo della cuffia d acciaio di alloggiamento dell appoggio della capriata e del dispositivo di scorrimento in essa inserito (disegno a mano libera di progetto dell Autore) Precedentemente erano state rimosse le orditure portanti secondarie e i travicelli entrambi sostituiti a causa dell ammaloramento e inidoneità strutturale degli esistenti. Gli arcarecci sono stati resi solidali alla sottostante capriata per mezzo di squadrette di acciaio. La soletta di 5 cm di spessore, ottenuta con calcestruzzo alleggerito avente Rck 150 kg/cm 2 (resistenza caratteristica inesistente nell attuale normativa; la più prossima da utilizzare è LC 16/18, corrispondente a Rlck 18 N/mm 2 = 180 kg/cm 2 ) e g 1400 kg/m 3, è stata collegata agli arcarecci con connettori filettati di acciaio 12 mm (M12 cl. 8.8), in fori 14 mm, fissati con resine epossidiche bicomponenti (figura 1.f ). Le figure 1.c e 1.g mostrano il sistema di appoggio scorrevole bidimensionale sul piano orizzontale1 (sistema Massimo Mariani) resosi necessario per diminuire le sollecitazioni sulla parete esterna, priva di contrasto, che avrebbe subito il martellamento, trasferito su di essa dalle capriate stesse, generato dalla massa della parte di edificio adiacente. Il sistema è stato composto da una piastra di appoggio vincolata alla muratura portante con tirafondi realizzati con perforazioni armate da barre filettate (in questo caso 4 14 mm - M14 cl. 8.8, in fori 16 mm) e fissate con resine epossidiche bicomponenti a media densità e con tempo di maturazione totale non superiore a 10 minuti (figura 1.d). L apparecchio elastomerico d appoggio è stato reso solidale alla capriata così da consentire un suo libero movimento all interno della bordatura della piastra di base (figura 1.h). Un bordo perimetrale garantisce il contenimento dei movimenti dell apparecchio all interno della piastra stessa. Quest ultima è rivestita al suo interno con una lamina d acciaio inox lucidata, mentre sulla superficie inferiore dell apparecchio elastomerico è stato fissato teflon-pt FE. I rapporti tra i due materiali (acciaio e PT FE) sono governati dalla norma specifica EN Il coefficiente d attrito tra di 3

4 essi è inferiore al 3%. Il perno d acciaio è saldato su una piastra d acciaio anch essa avvolta per vulcanizzazione da neoprene armato con due strati di lamierino di spessore 2 mm, aventi funzione di staffatura per il contenimento delle deformazioni laterali sotto il carico delle capriate. Infine il perno è stato inserito all estremità di appoggio della capriata contenuta in una cuffia d acciaio solidale ai travicelli (figura 1.e). La separazione tra la muratura della parete d appoggio e il tetto è avvenuta tramite un giunto, anch esso scorrevole, realizzato con una tavella di laterizio di sacrificio che, all atto dello scuotimento tellurico, potrà essere frantumata e poi stuccata o sostituita successivamente all evento. Gli zampini di gronda, quindi, non poggiano sulle murature portanti, in quanto progettati e posti in opera a sbalzo. I cordoli di sommità sono costituiti da calcestruzzo leggero reversibile e asportabile con utensili manuali. Fig. 1.f - Particolare costruttivo del colmo delle nuove capriate lignee. Particolare 2. Fig. 1.g - Particolare costruttivo dell appoggio scorrevole della capriata vincolato al cordolo in c.a. leggero perimetrale. Particolare 3 (vedi fig. 1.c). 4

5 Fig. 1.h - Ideazione del sistema di appoggio scorrevole (sistema Massimo Mariani) di cui alle figure 1.d, 1.e e 1.g (disegno a mano libera dell Autore). 5

6 2. Sostituzione di una semicapriata con una struttura di acciaio costituita da profilati piatti La figura 2.a mostra un intervento di consolidamento strutturale di una copertura originariamente composta da una capriata e da una volta a padiglione in mattoni a sesto ribassato, sulla quale poggiavano le orditure secondarie, anch esse in legno. Per motivi legati all antisismica, il rinforzo è consistito nel recupero della capriata, con l inserimento di un vincolo fisso e uno scorrevole e nello sgravio della volta, peraltro in mattoni posti in foglio, attraverso una semicapriata costituita da profilati piatti di acciaio. La disposizione delle strutture testé descritte è visibile in pianta nella figura 2.b. Focalizzando la semicapriata di acciaio, si può dire che la scelta di questa soluzione sia stata dettata essenzialmente dalla necessità di una semplificazione strutturale, attraverso la lavorazione dei manufatti fuori opera in officina e anche dalla leggerezza d insieme, nonché dalla volontà di intervenire anche sulla volta in mattoni in foglio con un elemento di collegamento estradossale. Fig. 2.a - Semi-capriata costituita da profilati piatti d acciaio e capriata su appoggi scorrevoli. Sezione X-X (vedi fig.2.b). 6

7 Fig. 2.b - Ricomposizione della struttura di copertura. Pianta. Fig. 2.c - Particolare della semi-capriata in profilati piatti d acciaio (vedi fig. 2.a) 7

8 Fig. 2.d - Ideazione della semi-capriata d acciaio Per prima cosa la volta è stata consolidata attraverso un sistema di fasce d acciaio ancorate alla stessa con barre filettate anch esse d acciaio e resine epossidiche bicomponenti, lunghe tre quarti dello spessore della muratura su cui insiste la semicapriata. Il rinforzo ha avuto, pertanto, il compito di collegare trasversalmente tutte queste nuove nervature estradossali di acciaio e contemporaneamente di sostenere sia la copertura che la volta stessa, trasferendo sui vincoli i carichi portanti. T utto il procedimento descritto è stato preceduto, all atto pratico, da un efficace puntellatura della volta all intradosso, poggiando i carichi sui sottostanti orizzontamenti, a loro volta puntellati, fino a raggiungere il piano a diretto contatto con il terreno. La semicapriata è stata vincolata agli estre mi al cordolo in c.a. leggero del perimetro esterno (sul quale sono stati inseriti gli zampini di legno), al cordolo della capriata di legno, nonché alla muratura di spina. In quest ultima struttura la semicapriata di acciaio è intestata tramite perforazio ni armate 20 mm, saturate con legante idraulico. I fori tondi sulla semicapriata sono stati eseguiti senza depauperare la struttura di alcuna resistenza, in modo da far diminuire il peso complessivo di tutti gli elementi (figure 2.c e 2.d). La figura 2.e rappresenta il prospetto sulla muratura di spina sulla quale è stata ancorata la semicapriata di acciaio per mezzo di perforazioni armate e su flange di supporto. Costole di irrigidimento di acciaio sono servite a garantire la rigidezza di ogni elemento strutturale. Gli arcarecci sorretti dalle semicapriate sono stati ottenuti con tubolari di acciaio, sopra i quali sono state poste in opera tavole di legno in cui è stata gettata una soletta di calcestruzzo leggero Rck 150 kg/cm 2 (resistenza caratteristica inesistente nell attuale normativa; la più prossima da utilizzare è LC 16/18, corrispondente a Rlck 18 N/mm 2 = 180 kg/cm 2 ) armata con rete elettrosaldata 6 mm (B450C), maglia (15 x 15) cm. Connettori, anch essi d acciaio, sono stati saldati ai tubolari (arcarecci) e inglobati nel getto di calcestruzzo leggero. La soletta in c.a. leggero Rck 150 kg/cm 2 (resistenza caratteristica inesistente nell attuale normativa; la più prossima da utilizzare è LC 16/18, corrispondente a Rlck 18 N/mm 2 = 180 kg/cm 2 ) collega i due cordoli di sommità, anche loro in c.a. leggero. La soletta e i cordoli di sommità sono stati eseguiti con calcestruzzo leggero reversibile perché asportabile avente consistenza 8

9 tale da poter essere totalmente rimosso con utensili manuali e pertanto modulo elastico non distante da quello delle murature che li accolgono. Fig. 2.e - Sistema di ancoraggio delle semi-capriate alla muratura portante interna dell edificio. Sezione 3-3 (vedi fig. 2.a) 3. Consolidamento di volte a botte con profilati piatti La tecnica che si descrive è stata utilizzata per il rinforzo delle volte a botte di un edificio monumentale (figure 3.a e 3.b) ed è consistita nella fasciatura del loro estradosso con profilati piatti di acciaio di larghezza 150 mm per quelli trasversali alle direttrici della volta e di 100 mm per quelli paralleli. Fig. 3.a - Consolidamento della volta a botte. Sezione X-X (vedi fig. 3.b). 9

10 Fig. 3.b - Intervento di consolidamento di una volta a botte con profilati piatti d acciaio e con il metodo Massimo Mariani. Pianta Lo spessore di detti profilati è stato di 10 mm per entrambe le tipologie. Le perforazioni di collegamento delle fasce alla volta sottostante, poste ad un interasse di 50 cm, hanno avuto un diametro di 14 mm, e sono state armate con barre filettate di acciaio 10 mm (M10 cl. 8.8), fissate con resine epossidiche bicomponenti a media densità e tempo di maturazione non superiore a 10 minuti. L intervento sulla volta ha previsto anche l utilizzo di materiali fibrorinforzati applicati sulla stessa. Le fasce trasversali alle generatrici della volta a botte, poste a interasse di 200 cm, hanno funzione di nervatura principale di rinforzo, che trasferisce nei punti di ancoraggio le sollecitazioni del sistema voltato attraverso le cinque fasce parallele alle generatrici. Detti punti di ancoraggio sono composti da piastre di acciaio verticali rese solidali alla parete con perforazioni 24 mm, armate con barre filettate 18 mm (M18 cl. 8.8), fornite di dado M18 più rondella e iniettate con miscela plastica di legante idraulico. Una fune di acciaio 20 mm con tenditore è stata ancorata alla piastra di parete attraverso semplici occhielli realizzati con tondini di acciaio 16 mm (figure 3.c e 3.d). Le funi poste sulle fasce principali hanno lo scopo di contenere l allontanamento delle murature durante il sisma e il suscitarsi di azioni trasversali sulla volta. Ogni fascia o piastra è stata adagiata sulla volta, alla quale è collegata, sopra uno strato di malta di livellamento e regolarizzazione, composta da sabbia, calce e acqua. Fig. 3.c - Tessitura della fasciatura di rinforzo sull estradosso dell arco. Fig. 3.d - Incatenamento di un arco o di una volta per l'eliminazione della spinta laterale. 10

11 La fase di svuotamento delle volte non ha provocato alcuna alterazione delle stesse. Durante queste lavorazioni sono state poste a sostegno puntellature formate da tubi di acciaio, collegati con giunti a vite e messi a contrasto per mezzo di elementi allungabili con manicotti a vite. T utti gli interventi di consolidamento in c.a. sono stati eseguiti con calcestruzzo leggero reversibile e asportabile con semplici utensili manuali. Fig. 3.e - Incatenamento di volte ed archi. Fig. 3.g Progetto di sostituzione di un tirante d'acciaio esistente in una volta di grande luce. 11

12 4. Interventi interni ed esterni all edificio con pali di grande e piccolo diametro L edificio, sul quale è stato eseguito l intervento di consolidamento che si descriverà, è costituito da differenti porzioni succedutesi nel tempo, tutte in muratura portante con fondazioni di tipo diretto sul terreno. Il dissesto interessava tutto l edificato: erano infatti evidenti cedimenti fondali, gibbosità delle murature verso l esterno, lesioni interne nella pavimentazione e sulle pareti, alcune delle quali passanti e ben visibili. Come riscontrato dalle indagini e dalle prove in sito, l intero complesso è fondato su una coltre superficiale, dello spessore di circa 5 m, con caratteristiche geomeccaniche scadenti, sotto la quale è situato il terreno consolidato. Per la stabilizzazione del fenomeno sono stati previsti tre tipi diversi di intervento: A, B e C (figura 4.a). Tutte le fondazioni profonde eseguite sono state intestate nel substrato di base avente buone caratteristiche meccaniche. Fig. 4.a - Intervento di consolidamento fondale dall esterno e dall interno dell edificio, ottenuto con pali di grande e di piccolo diametro. Pianta L intervento è scaturito dalla necessità di agire dall esterno dell edificio (zone A ) con il sistema a quinconce di pali di grande diametro, collegati alle strutture murarie perimetrali per mezzo di profilati d acciaio, e dall interno con pali di piccolo diametro, essendo stato impossibile operare con perforatrici di grandi dimensioni (zone B e C ). Le zone A sono caratterizzate da un consolidamento con pali di grande diametro 60 cm, in c.a., lunghi circa 12 m (figure 4.b e 4.c) disposti a quinconce e collegati tra loro da una trave di coronamento, anch essa in c.a., che contiene profilati d acciaio HEB140 che sono stati inseriti nella muratura attraverso la 12

13 perforazione di circa 20 cm di diametro, eseguita a carotaggio continuo, in totale assenza di rotopercussione (figure 4.d e 4.e). Fig. 4.b - Intervento di consolidamento fondale con pali di grande diametro. Prospetto (vedi fig a) La zona B mostra un intervento analogo ma ottenuto, per le ragioni già esposte, con pali di piccolo diametro 20 cm, armati con un profilato d acciaio tubolare est. 114,3 mm di spessore 6,3 mm (figura 4.f ). La lunghezza dei micropali a quinconce della zona B è di circa 8 m, per i pali soggetti a trazione, e di 12 m 13

14 per quelli immediatamente accostati alla muratura da sottofondare, sottoposti a compressione (figura 4.g). Fig. 4.c - Ideazione dell intervento di consolidamento fondale con pali di grande diametro. Inserimento dei profilati di acciaio nelle murature portanti (disegno dell Autore) Fig. 4.d - Intervento di consolidamento fondale con pali di grande diametro dall esterno dell edificio, di cui alla pianta di figura 4.a. Zone A. Carpenteria e armature 14

15 Fig. 4.e - Intervento di consolidamento fondale con pali di grande diametro dall esterno dell edificio, di cui alla pianta di figura 4.a. Sezione B-B. Zone A. Armatura pali La figura 4.h mostra lo schema dell intervento nella zona C per il quale è stato necessario prevedere l esecuzione di micropali, già descritti, armati con tubo d acciaio e giunzioni a manicotto filettate, e con travi di collegamento in c.a. nelle quali sono state inglobate le travi d acciaio HEB140 di sostegno alla muratura. Queste ultime sono poste su due livelli diversi a causa della presenza di un salto di quota esistente in questa parte dell edificio. Sarebbe stato forse utile scavare e portare le travi allo stesso livello per utilizzare un unico foro di collegamento ed un unica trave di sostegno alla muratura. Ciò avrebbe, però, comportato 15

16 danni in termini di diminuzione ulteriore dell attuale portanza del terreno e avrebbe anche potuto causare problemi di sicurezza nell esecuzione dei lavori. L armatura dei cordoli di sommità dei micropali singoli, composta da longitudinali e da una staffa 12 ogni 20 cm, ha avuto l esclusiva funzione di collegamento trasversale e di contenimento delle sollecitazioni provenienti dalla trave d acciaio. Questo intervento non ha alterato in alcun modo lo stato dei luoghi, né l idrogeologia, in quanto i pali non hanno avuto funzione di diaframma nei riguardi della falda freatica perché adeguatamente distanziati tra loro. Le opere sono rimaste interamente al di sotto del piano di campagna e al completamento dei lavori è stata ripristinata la morfologia preesistente. Fig. 4.f - Intervento di consolidamento fondale dall esterno dell edificio, di cui alla pianta di figura 4.a, con pali di piccolo diametro (micropali). Sezione D-D. Zona B. Carpenteria e armature 16

17 Fig. 4.g - Intervento di consolidamento fondale all interno dell edificio con pali di piccolo diametro (micropali), di cui alla pianta di figura 4.a. Sezione C-C. Zona C Fig. 4.h - Ideazione dell intervento con pali di piccolo diametro. Inserimento di profilati di acciaio, a quote diverse, nelle murature portanti (disegno di progetto dell Autore). 17