F.R.P. FIBER REINFORCED POLYMER SISTEMA RETICOLA

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1 F.R.P. FIBER REINFORCED POLYMER SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA

2 La collana I Quaderni Tecnici di Fibre Net vuole essere un utile e pratico strumento di lavoro per il mondo professionale e delle imprese che operano nel settore delle costruzioni. E il risultato di innumerevoli esperienze di cantiere e di svariati anni di ricerca e sperimentazione che hanno portato l azienda Fibre Net ad essere il principale riferimento nel campo dei materiali compositi applicati all edilizia.

3 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA INTRODUZIONE Il patrimonio architettonico italiano è ricco di edifici in muratura di pietrame o laterizio pieno, del tipo faccia a vista. La presenza di paramenti multipli scarsamente collegati, la bassa qualità delle malte e la necessità di mantenere l aspetto architettonico del manufatto, richiedono delle soluzioni di confinamento e, più in generale, di miglioramento meccanico di difficile individuazione. La ristilatura armata dei giunti rappresenta la soluzione per il miglioramento delle caratteristihe meccaniche delle murature da mantenere a vista. Fornisce un efficace confinamento senza per questo compromettere l aspetto estetico del manufatto. Il sistema FIBREBUILD-Reticola, basato sulla tecnica Reticolatus*, prevede la realizzazione di una ristilatura armata dei giunti con trefoli e connettori in acciaio inox e malta a base calce. Sono disponibili le seguenti soluzioni: FIBREBUILD RETICOLA: Ristilatura armata su una faccia di seguito indicata come Reticola FIBREBUILD RETICOLAPLUS: Ristilatura armata su una faccia + intonaco armato sull altra di seguito indicata come Reticola Plus FIBREBUILD RETICOLATWIN: Ristilatura armata su entrambe le facce di seguito indicata come Reticola Twin Il presente Quaderno Tecnico illustra l efficacia delle tecniche di rinforzo denominate Reticola, Reticola Twin e Reticola Plus nei confronti delle azioni taglianti agenti sulle murature. Tali tecniche prevedono l adozione del sistema ReticolatusTM 1, consistente nell inserimento nei giunti di malta di una maglia continua di sottili trefoli di fibra di acciaio inossidabile che risultano così inglobati nella muratura senza modificare l aspetto esterno dei paramenti murari. ReticolatusTM è quindi una ristilatura armata dei giunti di malta che, come indicato nella Circolare 617/C.S.LL.PP. del al punto C.8A.5.6, consente un incremento della resistenza dei maschi murari oggetto d intervento. Reticola prevede l applicazione del sistema ReticolatusTM su una faccia della muratura, mentre Reticola Twin ne prevede l applicazione su entrambe le superfici. Infine nel Reticola Plus una delle facce murarie viene rinforzata con un intonaco armato con rete in materiale composito fibrorinforzato GFRP (figura 1). La flessibilità dei trefoli adottati ne consente la disposizione all interno dei giunti di malta della muratura permettendo il mantenimento della finitura faccia vista anche per le murature irregolari e risultano particolarmente indicati nel caso di intervento su edifici vincolati per motivi di interesse storico e architettonico. La scelta di materiali come l acciaio inossidabile e malte a base di calce idraulica garantisce un ottima compatibilità con la muratura originaria e la massima durabilità dell intervento. La scelta di materiali come l acciaio inossidabile e malte a base di calce idraulica garantisce un ottima compatibilità con la muratura originaria e la massima durabilità dell intervento. Reticolatus è un marchio registrato a livello europeo Schematizzazione degli interventi di rinforzo sulle murature denominati Reticola, Reticola Twin e Reticola Plus. 4 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 5

4 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO FIBREBUILD RETICOLA LE FASI OPERATIVE CHE CARATTERIZZANO L ESECUZIONE DEL RINFORZO SONO: Il sistema di rinforzo Reticola consiste nell inserimento nei giunti di malta della muratura da rinforzare, precedentemente scarniti per una profondità di circa 6 cm, di una maglia continua realizzata con trefoli in acciaio inossidabile i cui nodi sono fissati al paramento murario mediante barre trasversali anch esse in acciaio inossidabile. I trefoli sono trattenuti dai connettori senza essere ad essi solidali così che sia possibile applicare loro un tensionamento tale da rendere la maglia attiva. I trefoli metallici devono essere disposti secondo traiettorie sub-verticali e sub-orizzontali a formare maglie approssimativamente quadrate le cui dimensioni, normalmente comprese fra i 300 e i 500 mm, dipendono dalla grandezza degli elementi lapidei che costituiscono la muratura e comunque di regola non devono essere superiori allo spessore del pannello sul quale si interviene. I collegamenti dei trefoli alla muratura devono essere previsti in ragione di circa 5 al m2 secondo uno schema a quinconce irregolari che interessi i nodi della maglia in modo alternato (figura 2). Il rabbocco finale di malta, che ricopre completamente sia i trefoli metallici che le teste delle barre trasversali, permette di conservare la finitura faccia vista della muratura. 1. studio della tessitura muraria al fine di determinare l andamento secondo cui disporre le funi in acciaio in modo da ottenere delle maglie quanto più regolari; 2. scarnitura dei giunti di malta della muratura per una profondità di circa 6 cm ed idropulizia degli stessi, effettuando l operazione alcune ore prima della successiva applicazione della malta; Figura 3. Reticola su muratura di pietre e particolare del connettore trasversale adottato. 3. esecuzione delle perforazioni mediate trapano a rotazione nelle sedi stabilite per i connettori trasversali; iniezione delle perforazioni con malta a ritiro compensato o resina e inserimento delle barre in acciaio inox; 4. esecuzione di un primo rabbocco di malta nei giunti e disposizione delle funi in acciaio passandoli dietro il rostro reggicavi; Il rinforzo assumerà caratteristiche diverse, in base alle dimensioni degli elementi lapidei che costituiscono la muratura. La connessione dei trefoli alla muratura si esegue con connettori di lunghezza pari a circa 2/3 dello spessore murario (figura 3). 5. tensionamento dei trefoli metallici mediante serraggio dei dadi; 6. esecuzione della ristilatura finale dei giunti, ricoprendo completamente sia le funi che le teste delle barre. Figura 3. Reticola su muratura di pietre e particolare del connettore trasversale adottato. 6 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 7

5 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO FIBREBUILD RETICOLA TWIN LE FASI OPERATIVE CHE CARATTERIZZANO L ESECUZIONE DEL RINFORZO SONO LE SEGUENTI: La tecnica di rinforzo Reticola Twin consiste nell inserimento nei giunti di malta della muratura da rinforzare, precedentemente scarniti per una profondità di circa 6 cm, di una maglia continua realizzata con trefoli in acciaio inossidabile i cui nodi sono fissati al paramento murario mediante barre trasversali anch esse in acciaio inossidabile. I trefoli sono trattenuti dai connettori senza essere ad essi solidali così che sia possibile applicare loro un tensionamento tale da rendere la maglia attiva. I trefoli metallici devono essere disposti secondo traiettorie sub-verticali e sub-orizzontali a formare maglie approssimativamente quadrate le cui dimensioni, normalmente comprese fra i 300 e i 500 mm, dipendono dalla grandezza degli elementi lapidei che costituiscono la muratura e comunque di regola non devono essere superiori allo spessore del pannello sul quale si interviene. I collegamenti tra le due facce di rinforzo devono essere previsti in ragione di circa 5 al m2 secondo uno schema a quinconce irregolari che interessi i nodi della maglia in modo alternato come già descritto per il sistema Reticola. Il rabbocco finale di malta, che ricopre completamente sia i trefoli metallici che le teste delle barre trasversali, permette di conservare la finitura faccia vista della muratura. Il rinforzo assumerà caratteristiche diverse, per tipologia di connettore trasversale adottato e modalità operative, in base alle dimensioni degli elementi lapidei che costituiscono la muratura. Quando le pietre hanno piccole dimensioni è possibile adottare connettori trasversali passanti l intero spessore murario e caratterizzati dall essere costituiti da una barra filettata in acciaio inox, tipicamente del diametro di 8 mm, con un estremità sagomata ad anello (figura 3). 1. studio della tessitura muraria al fine di determinare l andamento secondo cui disporre le funi in acciaio in modo da ottenere delle maglie quanto più regolari; 3. inserimento, mediate preventiva perforazione con trapano a rotazione, degli elementi trasversali di connessione; 2. scarnitura dei giunti di malta della muratura per una profondità di circa 6 cm ed idropulizia degli stessi effettuando l operazione alcune ore prima della successiva applicazione della malta; 4. esecuzione di un primo rabbocco di malta nei giunti e disposizione dei trefoli metallici passandoli all interno dell anello dei connettori trasversali; 5. tiro manuale dei connettori sul lato opposto a quello sul quale sono state disposte le funi in acciaio, in modo da applicare una leggera tensione a quest ultime; 6. inserimento del rostro reggicavi e del dado sull estremità libera del connettore; Figura 3. Reticola Twin su muratura di pietre di ridotte dimensioni e particolare del connettore trasversale adottato. 8 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 9

6 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO FIBREBUILD RETICOLA TWIN IN TAL CASO LE FASI OPERATIVE CHE CARATTERIZZANO L ESECUZIONE DEL RINFORZO SONO: 7. esecuzione di un primo rabbocco di malta e disposizione delle funi in acciaio inox sull altra faccia della muratura e loro tensionamento mediante serraggio del dado; 8. esecuzione della ristilatura finale dei giunti in modo da ricoprire completamente sia le funi che le teste delle barre trasversali. 1. studio della tessitura muraria al fine di determinare l andamento secondo cui disporre le funi in acciaio in modo da ottenere delle maglie quanto più regolari; 2. scarnitura dei giunti di malta della muratura per una profondità di circa 6 cm ed idropulizia degli stessi, effettuando l operazione alcune ore prima della successiva applicazione della malta; Nel caso in cui gli elementi lapidei che costituiscono la muratura abbiano dimensioni importanti, non è possibile utilizzare delle barre trasversali passanti, pertanto si ricorre all utilizzo di connettori, per ciascuna delle facce murarie interessate dall intervento, che abbiano una lunghezza pari a circa 2/3 dello spessore murario (figura 5). 3. esecuzione delle perforazioni mediante trapano a rotazione nelle sedi stabilite per i connettori; iniezione delle perforazioni con malta a ritiro compensato o resina e inserimento delle barre in acciaio inox; 4. esecuzione di un primo rabbocco di malta nei giunti e disposizione delle funi in acciaio passandoli dietro il rostro reggicavi; 5. tensionamento dei trefoli metallici mediante serraggio dei dadi; 6. esecuzione della ristilatura finale dei giunti, ricoprendo completamente sia le funi che le teste delle barre. Figura 5. Reticola Twin su muratura di pietre di grandi dimensioni e particolare dei connettori trasversali adottati. 10 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 11

7 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO FIBREBUILD RETICOLA PLUS Quando la finitura faccia vista deve essere conservata solo su una faccia della muratura si ricorre alla tecnica di rinforzo Reticola Plus che adotta il sistema ReticolatusTM, descritto precedentemente, per una faccia muraria mentre sull altra prevede l applicazione di un intonaco armato con una rete in GFRP. L asimmetria dell intervento è determinata dalla volontà di coniugare l efficacia dell intonaco armato con il soddisfacimento dell istanza di conservazione del faccia a vista per uno dei lati della muratura. Le due facce rinforzate sono fra loro collegate attraverso dei connettori trasversali, costituiti da barre in acciaio inox del diametro di 8 mm, previsti in ragione di circa 5 al m2 e disposti secondo uno schema a quinconce irregolari determinato dalla posizione dei nodi della maglia di trefoli in acciaio inox considerati in modo alternato (figura 2). Attraverso l estremità sagomata ad anello del connettore vengono fatti passare i trefoli metallici, così che, serrando il dado posto sull estremità opposta del connettore è possibile applicare un leggero pre-tensionamento dei trefoli in acciaio inox (figura 5). I trefoli del sistema ReticolatusTM dovranno essere disposti seguendo i principi già illustrati precedentemente. 3. realizzazione, mediate trapano a rotazione, delle perforazioni trasversali ed alloggiamento dei connettori; 4. faccia B : esecuzione di un primo rabbocco di malta nei giunti scarniti e successiva disposizione delle funi in acciaio inox, passandole attraverso gli anelli terminali dei connettori trasversali; 5. pretensionamento delle funi mediante il serraggio di un dado posto sulla barra filettata sul paramento murario opposto; 6. faccia A : applicazione della rete in GFRP e dei fazzoletti di ripartizione in rete di GFRP; Figura 5. Reticola Plus su muratura di pietre di grandi dimensioni e particolare dei connettori trasversali adottati. CHIAMANDO A IL PARAMENTO SUL QUALE SI ESEGUE L INTONACO ARMATO E B QUELLO SUL QUALE VIENE APPLICATO IL RETICOLATUSTM, LA REALIZZAZIONE DELLA TECNICA ILLUSTRATA SI ARTICOLA NELLE SEGUENTI FASI: 1. studio della tessitura muraria della faccia A al fine di determinare l andamento secondo cui disporre le funi in acciaio in modo da ottenere delle maglie quanto più regolari; 2. faccia A : rimozione dell intonaco preesistente e della malta fra gli elementi di muratura per una profondità di mm ed applicazione di un primo strato di rinzaffo; faccia B : scarnitura dei giunti di malta per una profondità di circa 6 cm e loro successivo lavaggio; 7. faccia A : piegatura ad L del connettore trasversale 8. faccia A : applicazione dell intonaco faccia B : realizzazione della ristilatura finale 12 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 13

8 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO APPLICAZIONI A MURATURE IN LATERIZIO Nonostante il sistema ReticolatusTM sia stato concepito come soluzione di intervento su murature di conci irregolari con finitura faccia-vista, per le quali le classiche tecniche di intervento risultavano inapplicabili, è possibile realizzare i sistemi di rinforzo Reticola Reticola Twin e Reticola Plus anche su murature di conci regolari per le quali si voglia mantenere la muratura faccia a vista. Gli interventi differiscono da quanto descritto per le murature irregolari solamente nella modalità di realizzazione della maglia di trefoli in acciaio inox inserita nei giunti scarniti. Dovranno infatti disporsi dei trefoli orizzontali, tipicamente ogni tre ricorsi di malta, collegati fra loro da una coppia 3. realizzazione, mediate trapano a rotazione, delle perforazioni trasversali ed alloggiamento dei connettori trasversali; 4. faccia B : esecuzione di un primo rabbocco di malta nei giunti scarniti e successiva disposizione delle funi in acciaio inox, passandole attraverso gli anelli terminali dei connettori trasversali; 5. pretensionamento delle funi mediante il serraggio di un dado posto sulla barra filettata sul paramento murario opposto; 6. faccia A : applicazione della rete in GFRP e dei fazzoletti di ripartizione sempre in rete di GFRP; Figura 6. Schematizzazione dell intervento Reticola Plus su murature in laterizio. CHIAMANDO A IL PARAMENTO SUL QUALE SI ESEGUE L INTONACO ARMATO E B QUELLO SUL QUALE VIENE APPLICATO IL RETICOLATUSTM, SI HA: 1. studio della tessitura muraria della faccia A al fine di determinare l andamento secondo cui disporre le funi in acciaio in modo da ottenere delle maglie quanto più regolari; 2. faccia A : rimozione dell intonaco preesistente e della malta fra gli elementi di muratura per una profondità di mm ed applicazione di un primo strato di rinzaffo; faccia B : scarnitura dei giunti di malta per una profondità di circa 6 cm e loro successivo lavaggio; 7. faccia A : piegatura ad L del connettore trasversale 8. faccia A : applicazione dell intonaco faccia B : realizzazione della ristilatura finale 14 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 15

9 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO APPLICAZIONI A MURATURE IN LATERIZIO Le murature in mattoni pieni, a parità di spessore, si differenziano fra loro per le diverse tessiture. Nelle immagini seguenti viene mostrata la disposizione da adottare per le funi verticali nelle più comuni tipologie di murature a due e tre teste. 1 fila 1 fila 2 fila 2 fila Figura 7. Disposizione dei trefoli in acciaio inox nel rinforzo di murature a due teste con tessitura di soli diatoni e di soli ortostati. Figura 8. Disposizione dei trefoli in acciaio inox nel rinforzo di murature a due teste con tessitura a blocco ed olandese. 16 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 17

10 DESCRIZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO APPLICAZIONI A MURATURE IN LATERIZIO 1 fila 1 fila 2 fila 2 fila Figura 9. Disposizione dei trefoli in acciaio inox nel rinforzo di murature a tre teste. Figura 10. Disposizione dei trefoli in acciaio inox nel rinforzo di murature a tre teste. 18 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 19

11 CAMPI DI APPLICAZIONE SPERIMENTAZIONI Il mantenimento della finitura faccia vista delle superfici murarie sulle quali si interviene consente alle tecniche Reticola Reticola Twin e Reticola Plus un ampio campo di applicazione comprendente anche edifici di carattere storico-monumentale soggetti a vincoli di tutela. Sussistono, tuttavia, alcune situazioni nelle quali non è possibile adottare i rinforzi descritti. È infatti necessario assicurarsi che le caratteristiche della muratura sulla quale si interviene consentano la scarnitura dei giunti di malta e l inserimento al loro interno dei trefoli in acciaio inox. Tali operazioni potrebbero infatti essere impedite da un ridotto spessore dei giunti (inferiore a 8 mm) o dalla presenza di una malta di ottime caratteristiche la cui asportazione richiederebbe un azione troppo invasiva sulla muratura. La tecnica ReticolatusTM sui cui principi sono state sviluppate le tecniche Reticola, Reticola Twin e Reticola Plus è stata oggetto di indagini sperimentali i cui risultati sono stati presentati in numerose pubblicazioni e convegni nazionali ed internazionali [8-15]. Per valutare in modo sistematico l efficacia strutturale delle tecniche di rinforzo descritte, Fibre Net ha realizzato, in collaborazione con l Università di Trieste, una campagna sperimentale volta a verificare il comportamento delle murature attraverso prove di compressione diagonale e di flessione. PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE Le prove di compressione diagonale sono state eseguite su 22 campioni di muratura di dimensioni di circa 1200x1200 mm. I campioni differiscono fra loro per tipologia di muratura e configurazione del rinforzo; in particolare sono stati realizzati 8 campioni di muratura in pietra grossolanamente squadrata di spessore 400 mm, 6 campioni di muratura in mattoni pieni a due teste con tessitura di tutti diatoni, 8 campioni di muratura in ciottoli di spessore 400 mm. Al fine di verificare la ripetibilità dei risultati, sono stati previsti due campioni per ogni combinazione tipologia muraria - configurazione di rinforzo. In tabella 1 sono riportate le caratteristiche dei pannelli realizzati. Tipologia muratura Tipo rinforzo Configurazione rinforzo Malta allettamento Malta intonaco Malta ristilatura 1-2 Pietra - - A_A Pietra Reticola Plus Configurazione B A_A I_P-L R 5-6 Pietra Reticola Plus Configurazione A A_A I_P-L R 7-8 Pietra Reticola Twin Configurazione D A_A - R 9-10 Mattoni 2 teste - - A_A Mattoni 2 teste Reticola Plus Configurazione E A_A I_P-L R Mattoni 2 teste Reticola Plus Configurazione F A_A I_P-L R Ciottoli - - A_B Ciottoli Reticola Plus Configurazione A A_B I_C R Ciottoli Reticola Plus Configurazione B A_B I_C R Ciottoli Reticola Twin Configurazione C A_B - R Tabella 1. Caratteristiche dei pannelli di prova. 20 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 21

12 SPERIMENTAZIONI PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE DI SEGUITO SONO SINTETICAMENTE DESCRITTE LE CONFIGURAZIONI DI RINFORZO ADOTTATE: LATO A LATO B LATO A LATO B Reticola Plus Configurazione A diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; dimensioni maglie Reticola :300 mm; dimensioni maglie rete in GFRP : 99x99 mm; 8 connessioni passanti l intero spessore murario. Reticola Twin Configurazione D diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; dimensioni maglie Reticola :300 mm; 8 connessioni passanti l intero spessore murario; 8 connessioni non passanti solidarizzate alla muratura attraverso malta antiritiro. LATO A LATO B LATO A LATO B Reticola Plus Configurazione A diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; dimensioni maglie Reticola :300 mm; 8 connessioni non passanti solidarizzate alla muratura attraverso malta antiritiro. dimensioni maglie rete in GFRP : 99x99 mm; 8 connessioni passanti l intero spessore murario. Reticola Plus Configurazione E diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; trefoli in acciaio inox su un ricorso orizzontale ogni tre; trefoli in acciaio inox sui giunti verticali ogni 80 cm circa; dimensioni maglie rete in GFRP : 99x99 mm; 10 connessioni passanti l intero spessore murario disposte nei punti di intersezione delle funi orizzontali con quelle verticali; LATO A LATO B LATO A LATO B Reticola Plus Configurazione C diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; dimensioni maglie Reticola :300 mm; connessioni passanti l intero spessore murario. Reticola Plus Configurazione F diametro trefolo acciaio inox: 3 mm; trefoli in acciaio inox su un ricorso orizzontale ogni tre; dimensioni maglie rete in GFRP : 99x99 mm; 10 connessioni passanti l intero spessore murario. 22 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 23

13 SPERIMENTAZIONI PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE I campioni in muratura di pietrame e in laterizio sono stati costruiti con una malta di allettamento denominata A_A e rinforzati con un intonaco realizzato, quando previsto, utilizzando una malta premiscelata a base di calce idraulica identificata dalla sigla I_P-L. Per i campioni in muratura di ciottoli invece sono state utilizzate, sia per l allettamento che per l intonaco di rinforzo, due differenti malte miscelate in opera rispettivamente indicate con le sigle A_B ed I_C. Per tutti i campioni è stata utilizzata un unica malta da ristilatura premiscelata a base di calce idraulica chiamata R. In tabella 2 sono mostrati il dosaggio delle malte utilizzate e la loro resistenza a compressione valutata secondo le indicazioni della norma UNI EN :2007, Methods of test for mortar for masonry - Determination of flexural and compressive strenght of hardened mortar, su provini cilindrici confezionati all atto della costruzione dei campioni e della realizzazione dei rinforzi. dosaggio legante resistenza a sigla calce idraulica cemento compressione utilizzo [kg/m3] [kg/m3] [MPa] A_A 260-1,87 malta allettamento campioni pietra e laterizio A_B 200-0,96 malta allettamento campioni ciottoli I_P-L premiscelata 6,43 intonaco su campioni in pietra e laterizio I_C 300-3,47 intonaco campioni in ciottoli R premiscelata 8,90 malta per la ristilatura Tabella 2. Caratteristiche delle malte utilizzate nella sperimentazione. Le prove sperimentali di compressione diagonale sono state eseguite presso il laboratorio di FibreNet da personale del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell Università di Trieste e con attrezzature della stessa Università. Il dispositivo di applicazione del carico è costituito da due elementi metallici appositamente conformati per essere posti alle estremità del pannello e collegati attraverso quattro barre in acciaio. Durante la prova il carico è applicato mediante un martinetto idraulico (azionato mediante una pompa manuale) alloggiato sull angolo superiore del campione. Gli spostamenti relativi subiti dai campioni durante l esecuzione delle prove sono stati misurati applicando due coppie di trasduttori potenziometrici sulle facce posteriori e anteriori dei pannelli. La prova consiste nell applicazione di un carico di compressione lungo la diagonale di un pannello murario quadrato tale da provocarne la rottura a taglio per fessurazione diagonale. La procedura di carico è caratterizzata da una sequenza di cicli di cario-scarico-ricarico con ampiezza di 25 kn fino al valore di picco della resistenza. La velocità del carico è stata regolata manualmente in modo tale che risultasse costante, sia in fase di carico che in fase di scarico e paria a circa 1,2 kn/s. I cicli di carico-scarico, nella maggior parte dei casi, riguardano solo il primo tratto della curva fino al raggiungimento del carico massimo e servono per evidenziare se durante lo scarico-ricarico si hanno significativi cicli di isteresi. Individuato il carico di picco (carico a cui corrisponde la massima resistenza del pannello), la prove sono state condotte monotonamente e a controllo di spostamento fino a quando la contrazione della diagonale compressa ha raggiunto un valore prossimo ai 20 mm. A partire dal carico F registrato dal trasduttore di pressione, nell ipotesi di poter studiare il sistema come un problema elastico di una lastra caricata nel suo piano con due forze F agenti su due spigoli opposti di una diagonale, è possibile ricavare lo stato tensionale che si verifica nel punto centrale del pannello: σ xx = σ yy = 0.56 F A σ xy = τ = 1.05 F A La resistenza a trazione per fessurazione diagonale nel centro del pannello viene quindi assunta pari al valore della tensione principale massima in corrispondenza del raggiungimento del carico ultimo: ft = 0.5 F max A Il valore di resistenza a taglio τ o, in accordo con il criterio di resistenza formulato da Turnsek Cacovic (1971) e quanto prescritto nella Circolare n. 617/C.S.LL.PP del al punto C , può essere valutato come: τ o = ft 0.5 La conoscenza del comportamento deformativo del panello nel corso della prova è realizzata attraverso l acquisizione delle letture effettuate dalle quattro basi deformometriche disposte lungo le diagonali del campione su ciascuna faccia. La deformazione della i-esima diagonale ( ϵ i ) viene calcolata secondo la relazione: ϵ i = D - D i i.iniziale D i.iniziale Il comportamento complessivo del pannello può essere valutato mediando i valori relativi alle diagonali tese e compresse dei due lati ottenendo in tal modo le deformazioni di compressione ( ϵ c ) e di trazione ( ϵ t ). La deformazione angolare γ viene quindi calcolata come: γ = ϵ c + ϵ t Figura 2. Apparato di prova 24 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 25

14 SPERIMENTAZIONI PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE SU CAMPIONI DI MURATURA IN PIETRAME Di seguito sono presentati in forma tabellare i principali risultati ottenuti per i campioni in muratura di pietrame riportando per ciascun pannello il carico diagonale massimo, la resistenza a trazione per fessurazione diagonale e la resistenza a taglio. Non rinforzato Reticola Plus Reticola Twin descrizione f max media f max incremento f t τ o [kn] [kn] [%] [MPa] MPa] pannello 1 Non rinforzato 161,58 0,176 0, ,31 - pannello 2 Non rinforzato 107,03 0,121 0,081 pannello 3 Reticola Plus 246,22 0,241 0, ,95 93,6 pannello 4 Reticola Plus 273,68 0,274 0,182 pannello 5 Reticola Plus 233,26 0,234 0,156 pannello 6 Reticola Plus 284,27 258,76 92,7 0,273 0,182 pannello 7 Reticola Twin 162,38 0,175 0,117 pannello 8 Reticola Twin 158,51 160,45 19,5 0,171 0,114 Configurazione indeformata prima della prova Tabella 3. Risultati sperimentali delle prove di compressione diagonale condotte su campioni in muratura di pietrame. Dalla tabella si evidenzia che la tecnica Reticola Twin consente un incremento di resistenza del 19%, mentre la tecnica Reticola Plus determina quasi il raddoppio della resistenza della muratura originaria con un incremento che supera il 90%. Nel grafico 1 è possibile osservare le curve inviluppo dei diagrammi sperimentali carico-deformazione tangenziale ottenute dalle prove di compressione diagonale. Configurazione fessurata al termine della prova Grafico 1. Curve sperimentali carico-deformazione tangenziale relative alle prove di compressione diagonale eseguite sui campioni in muratura di pietrame. Figura 11. Campioni in muratura di pietrame. 26 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 27

15 SPERIMENTAZIONI PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE SU CAMPIONI DI MURATURA IN LATERIZIO In tabella 4 sono mostrati i risultati dalle prove di compressione diagonale su campioni in muratura di laterizi con tessitura di tutti diatoni. In particolare si riporta il carico diagonale massimo, la resistenza a trazione per fessurazione diagonale e la resistenza a taglio. descrizione f max media f max incremento f t τ o [kn] [kn] [%] [MPa] MPa] pannello 9 Non rinforzato 120,60 0,209 0, ,41 - pannello 10 Non rinforzato 108,22 0,187 0,124 pannello 11 Reticola Plus 135,29 0,198 0, ,45 45,5 pannello 12 Reticola Plus 197,61 0,291 0,194 pannello 13 Reticola Plus 192,03 0,281 0,187 pannello 14 Reticola Plus 162,44 177,24 54,9 0,238 0,159 Configurazione indeformata prima della prova Non rinforzato Reticola Plus Tabella 4. Risultati sperimentali delle prove di compressione diagonale condotte su campioni in muratura di laterizi. Configurazione fessurata al termine della prova Grafico 2. Curve sperimentali carico-deformazione tangenziale relative alle prove di compressione diagonale eseguite sui campioni in muratura di laterizi. Figura 12. Campioni di muratura di laterizio a due teste. 28 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 29

16 SPERIMENTAZIONI PROVE DI COMPRESSIONE DIAGONALE SU CAMPIONI DI MURATURA IN CIOTTOLI Le prove di compressione diagonale sui campioni di muratura in ciottoli hanno evidenziato degli incrementi di resistenza, superiori a quelli osservati sulla muratura in pietrame e laterizio, ciò a causa delle scarse caratteristiche della muratura originaria. In tabella 5 sono riportati i risultati ottenuti in termini di carico diagonale massimo, di resistenza a trazione per fessurazione diagonale e resistenza a taglio. descrizione f max media f max incremento f t τ o [kn] [kn] [%] [MPa] MPa] pannello 15 Non rinforzato 46,66 0,052 0,034 48,22 - pannello 16 Non rinforzato 49,77 0,055 0,037 pannello 17 Reticola Plus 132,49 0,131 0, ,79 150,5 pannello 18 Reticola Plus 109,08 0,110 0,074 pannello 19 Reticola Plus 108,48 0,105 0,070 pannello 20 Reticola Plus 107,54 108,01 124,0 0,104 0,069 pannello 21 Reticola Twin 63,79 0,072 0,048 pannello 22 Reticola Twin 69,73 66,76 38,5 0,077 0,052 Configurazione indeformata prima della prova Non rinforzato Reticola Plus Reticola Twin Tabella 5. Risultati sperimentali delle prove di compressione diagonale condotte su campioni in muratura di ciottoli. Configurazione fessurata al termine della prova Grafico 3. Curve sperimentali carico-deformazione tangenziale relative alle prove di compressione diagonale eseguite sui campioni in muratura di ciottoli. Figura 13. Campioni di muratura di ciottoli al termine della prova di compressione diagonale 30 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 31

17 SPERIMENTAZIONI CONFRONTO DEI RISULTATI Dall osservazione dei risultati ottenuti dalle prove nei campioni rinforzati, rispetto a quelli non rinforzati, si nota un importante incremento della resistenza di picco e all atto della prima fessura diagonale una diminuzione graduale della resistenza. Dai diagrammi precedentemente riportati si nota, in generale, che le curve post-picco hanno un andamento indicativo di un elevata duttilità del sistema di rinforzo e della capacità di confinamento di murature con caratteristiche meccaniche deboli. PROVE DI FLESSIONE SEMPLICE SU 4 PUNTI Le prove di flessione semplice su 4 punti sono state condotte su 3 campioni di muratura in ciottoli di fiume (spessore di 400 m). Per questa specifica tipologia di muratura sono stati confezionati un campione non rinforzato e due rinforzati con la tecnica del Reticola Plus. Tali campioni sono stati identificati con il codice RP. È importante sottolineare che il campione BC-C8-RP1 presenta la faccia con il Reticolatus in zona tesa mentre quello nominato BC-C8-RP2 presenta l intonaco armato con rete in GFRP in zona tesa. Le dimensioni dei campioni sottoposti a prova di flesione semplice sono, in prospetto, pari a 1000 mm di base e 3000 mm di altezza. I fili di rinforzo della faccia armata con il sistema Reticola sono sei in direzione orizzontale e quattro in quella verticale. Si è scelto di testare un solo campione non rinforzato, in modo tale da avere una base di confronto per valutare l efficacia e l incremento delle caratteristiche meccaniche in presenza di rinforzo. La malta di allettamento dei campioni ha una resistenza a compressione pari a 3 MPa mentre l intonaco è di malta bastarda, con resistenza a compressione pari a circa 8 MPa. Per l esecuzione delle prove di flessione semplice è stato progettato un apposito apparato di prova, in modo tale da applicare il carico senza dover movimentare il campione. Il dispositivo di applicazione del carico è costituito da una struttura metallica, composta da profili a doppia T e giuntata attraverso collegamenti bullonati. Due profili, uno posizionato all estremo superiore ed uno a quello inferiore, connessi a due montanti laterali, vengono posti a contatto con una delle due facce del campione. Sull altra faccia, ai terzi dello sviluppo in altezza del campione, vengono posizionati due martinetti oleodinamici (carico massimo 142 kn ciascuno, pressione massima di esercizio pari a 700 bar), opportunamente connessi alla struttura in acciaio, al fine di applicare il carico. Sul campione vengono infine inseriti alcuni trasduttori di spostamento, con lo scopo di quantificare gli spostamenti e le rotazioni fuori dal piano del campione sollecitato. La procedura di carico è caratterizzata da una sequenza di cicli di cario-scarico-ricarico con ampiezza di 3-5 kn fino al valore di picco della resistenza per il campione non rinforzato, mentre è stata seguita una procedura con cicli di 10 kn per quelli rinforzati. I cicli di carico-scarico, nella maggior parte dei casi, riguardano solo il primo tratto della curva fino al raggiungimento del carico massimo e servono per evidenziare se durante lo scarico-ricarico si hanno significativi cicli di isteresi. Individuato il carico di picco (carico a cui corrisponde la massima resistenza del pannello), le prove sono state condotte in maniera monotona e a controllo di spostamento. Le prove sperimentali di flessione semplice sono state eseguite presso il laboratorio di Fibre Net da personale del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell Università di Trieste e con attrezzature della stessa Università. La prova consiste nell applicazione di due carichi ai terzi dello sviluppo in altezza di un pannello murario tali da provocarne la rottura a flessione. Nei diagrammi riportati qui di seguito si riportano i risultati ottenuti dalle prove sperimentali a flessione semplice. Tali diagrammi riportano, nell asse delle ascisse, la freccia in mezzeria del campione, mentre in quello delle ordinate viene riportato il carico totale impresso al pannello murario. Vengono anche inserite alcune immagini dei campioni al momento dell apertura di fessura in mezzeria. Condizione di innesco Ampie deformazioni Comportamento fuori piano della fessura Configurazione indeformata prima della prova Figura 3. Apparato di prova 32 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 33

18 SPERIMENTAZIONI CONFRONTO DEI RISULTATI FORMULE DI UTILITÀ PRATICA La tecnica di rinforzo proposta offre significanti incrementi di resistenza: quando è il sistema Reticola in zona tesa, la resistenza aumenta fino a 2.1 volte, mentre in presenza dell intonaco armato in zona tesa, l incremento è pari a 5.0 volte. Il collasso dei campioni non rinforzati avviene in contemporanea all apertura di fessura in mezzeria (fessura a sviluppo prettamente orizzontale sulla faccia tesa) ed è caratterizzato da un brusco calo di resistenza. Nel campione rinforzato con l intonaco armato in zona tesa invece, si sviluppa un quadro fessurativo più diffuso (area di estensione coincidente con il terzo medio dei pannelli) ed il collasso avviene quando, in corrispondenza della fessura più ampia, i fili della rete in GFRP si rompono. Anche in questo caso il collasso giunge in maniera fragile, ma con un ramo post picco sensibilmente più graduale. Quando è il Reticolatus in zona tesa, l azione si ripartisce in maniera consistente sui trefoli, ed il collasso giunge graduale, ovvero al raggiungimento del carico massimo degli stessi, subordinato al loro grado di pretensionamento ed alla loro disposizione sul campione. Il rinforzo contribuisce in maniera sensibile ad aumentare le prestazioni fuori dal piano del pannello murario, garantendo un ottima resistenza residua a fronte di elevati valori deformativi. Nel 2010 FibreNet e l Università di Trieste hanno condotto una campagna sperimentale mirata a valutare l efficacia del rinforzo delle murature con intonaco armato con rete in GFRP (su entrambe le facce) e che ha portato alla definizione di alcune formule di utilità pratica che consentono al progettista di quantificare la resistenza a trazione equivalente della muratura rinforzata [7]. La campagna sperimentale, illustrata nel precedente paragrafo, ha consentito di modificare opportunamente la relazione suddetta adattandola alle tecniche di rinforzo Reticola Twin e Reticola Plus nel modo seguente: ft.calc PLUS = β ( 1 ft.m + ft.int t.int + ) ft.calc PLUS = β 1 ft.m t.m EA r ϵ t.m p dove: ft.m resistenza a trazione della muratura originaria che può ottenuta da prove sperimentali oppure stimata in base alle indicazioni fornite dalle normative vigenti (Circolare n.617 del C.S.LL.PP. del ) β 1 ft.int t.int t.m p EA r coefficiente amplificativo della resistenza a trazione della muratura per l effetto del confinamento che il sistema di rinforzo applica sul materiale muratura originario. I valori di tale coefficiente sono stati definiti in base ai risultati sperimentali ottenuti dalla presente ricerca e sono riportati in tabella 5; resistenza a trazione dell intonaco, ricavata sperimentalmente o, nel caso di malte premiscelate, dalle indicazioni del produttore; spessore dell intonaco; spessore della muratura; passo della maglia della rete in GFRP; rigidezza assiale di un filo della rete in GFRP il cui valore è indicato nella scheda tecnica della rete utilizzata; deformazione della malta in condizione non fessurata ad una tensione di trazione uguale alla resistenza a trazione della malta stessa 34 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 35

19 CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA I risultati ottenuti dalle prove di compressione diagonale evidenziano un significativo aumento della resistenza di picco nei campioni rinforzati rispetto a quelli non rinforzati. Inoltre, mentre nei campioni non rinforzati in muratura di mattoni dopo il picco si ha un brusco calo della resistenza fino a valori molto modesti, nei campioni rinforzati si ha un ramo decrescente con valori di resistenza significativi fino a deformazioni di compressione media elevati (-0.5%). In sostanza dopo il picco la struttura conserva, a differenza di quanto accade per il campione non rinforzato, una capacità dissipativa importante. L interpretazione delle prove di compressione diagonale ha permesso di ricavare informazioni importanti riguardanti la resistenza, la rigidezza e la duttilità del materiale muratura rinforzata. E stato cioè definito un materiale omogeneo e isotropo equivalente alla muratura rinforzata del quale sono stati ricavati, dai risultati sperimentali, la resistenza a trazione, il modulo di elasticità tangenziale ed alcuni indici che caratterizzano la duttilità del materiale stesso. Sulle diverse tipologie di muratura testate, la resistenza a trazione equivalente dei campioni rinforzati risulta essere considerevolmente incrementata rispetto ai campioni non rinforzati mantenendo limitate variazioni di rigidezza. In caso di evento sismico, l ottimo comportamento fuori piano della muratura rinforzata impedisce il collasso prematuro della parete di taglio e permette alla stessa di resistere efficacemente nel proprio piano, garantendo una elevata dissipazione di energia. La campagna sperimentale presentata in questo documento non ha previsto l esecuzione di prove di compressione diagonale su campioni di muratura in laterizio di tutti diatoni rinforzati con la tecnica Reticola Twin, pertanto, per questa tipologia muraria, il valore del coefficiente β riportato in tabella 6 può esser utilizzato solo per la stima della resistenza a trazione delle murature rinforzate con Reticola Plus. [1] D.M Norme Tecniche per le Costruzioni [2] Circolare n.617 del C.S.LL.PP. del [3] ASTM E ; Standard test method for diagonal tension (shear) in masonry assemblages, Annual Book of ASTM Standards, West Conshohock, PA, 2002 [4] RILEM TC. 76-LUM; Diagonal tensile strength tests of small wall specimens, RILEM Recommendations for the Testing and use of Constructions Materials, pp , E&EN SPON, London, 1994 [5] A. Brignola, S. Podestà, S.Lagomarsino, Prova di compressione diagonale in situ. RELUIS, progetto esecutivo , progetto di ricerca N.1 Valutazione e riduzione della vulnerabilità di edifici in muratura. Rendicontazione Scientifica 3 anno, Febbraio [6] Autori vari, Manuale delle murature storiche, Dei, 2011 [7] N.Gattesco, A. Dudine, Rapporto tecnico n.1. Studio dell efficacia del sistema di rinforzo delle murature con l impiego della rete in materiale composito fibrorinforzato GFRP prodotta dalla ditta fibrenet di Udine, Dicembre 2010 [8] A. Borri, M. Corradi. Ricerche per la ricostruzione a L Aquila: prove su murature rinforzate con reti in GFRP, L Edilizia. [9] A. Borri, M. Corradi, A. Giannantoni, E. Speranzini, Reticolatus: una tecnica di rinforzo di murature irregolari mediante una maglia continua di trefoli metallici, L Edilizia, editrice De Lettera, 2008 [10] A. Borri, M. Corradi, E. Speranzini, A. Giannantoni, Consolidation and Reinforcing of stone wall using a reinforced repointing grid, 6th International Conference of Structural Analysis of Historical Construction, 2-4 luglio 2008, Bath, England, [11] Ristilatura con SRG di murature storiche, Atti del convegno Nazione Mechanics of Masonry Structures strengthened with FRP Materials: Modelis, testing, design, control, aprile 2009, Venezia, Pitagora Ed, Bologna, cd-rom [12] A. Borri, A., M. Corradi, E. Speranzini, A. Giannantoni, Consolidamento e rinforzo di murature storiche mediante un reticolo di ristilature armate. Bollettino degli ingegneri, anno LIV, Ed. Stianti, n.7,2008, Firenze, [13] A. Borri, A., M. Corradi, E. Speranzini, A. Giannantoni, Consolidation and reinforcement of stone walls using a reinforced repointing grid. Structural analysis af Historic Constructions, VI Intem. Conference, Bath, Gran bretagna, 2-4 luglio 2008 [14] A. Borri, A., M. Corradi, E. Speranzini, A. Giannantoni, Ristilatura con SRG di Murature Storiche: Nuove Sperimentazioni [15] A. Borri, M. Candela, R. Fonti, Sperimentazioni al vero nel centro storico de L Aquila - Pannelli murari diversamente consolidati e sollecitati fuori piano: prime note, ANIDIS, bari SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA 37

20 APPUNTI 38 SISTEMA RETICOLA RISTILATURA ARMATA

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