Me ccan ica de lle strutture in m uratura rin fo rzate co n co m po siti. Atti de l 3 o Co n ve gn o Nazio n ale

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1 Me ccan ica de lle strutture in m uratura rin fo rzate co n co m po siti modellazione, sperimentazione, progetto, controllo Me chan ics o f m asonry structure s stre n gthened w ith co m po site m ate rials modeling, testing, design, control Atti de l 3 o Co n ve gn o Nazio n ale a cu r a d i Cristin a Ge n tilin i Ve n e zia - Palazzo Bado e r Aprile Co o r d in a t o d a l Pro f. An ge lo Di To m m aso

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3 Meccanica delle Strutture in Muratura Rinforzate con Compositi modellazione, sperimentazione, progetto, controllo Coordinato da Prof. Angelo Di Tommaso Atti del 3 o Convegno Nazionale A cura di Cristina Gentilini Con il supporto di: Centro Studi Sisto Mastrodicasa Con il patrocinio di: LAMC - Laboratorio di Meccanica Computazionale, Università di Bologna LabSCo - Laboratorio di Scienza delle Costruzioni, Università IUAV di Venezia

4 Atti del 3 o Convegno Nazionale MuRiCo3 Meccanica delle Strutture in Muratura Rinforzate con Compositi modellazione, sperimentazione, progetto, controllo Venezia - Palazzo Badoer Aprile 2009 Comitato Organizzatore BUFO Daniela DI TOMMASO Angelo GENTILINI Cristina Comitato Scientifico Nazionale AIELLO Maria Antonietta ASCIONE Luigi BARATTA Alessandro BENEDETTI Andrea BLASI Carlo BORRI Antonio BRICCOLI BATI Silvia BUSSI Laura CECCHI Antonella COSENZA Edoardo COMO Mario DE NICOLO Barbara DE LORENZIS Laura DI MARCO Roberto FACCIO Paolo FORABOSCHI Paolo GAMBAROTTA Luigi Comitato Scientifico Internazionale ADUE Jorge JASIENKO Jerzy LOURENÇO Paulo NANNI Antonio OCHSENDORF John GRIMALDI Antonio GULLI Riccardo LA TEGOLA Antonio MACERI Franco MANFREDI Gaetano MODENA Claudio NANNI Antonio OLIVITO Renato Sante PASCALE Giovanni RUSSO Salvatore SACCO Elio SAVOIA Marco SIVIERO Enzo SPARACIO Renato SPADEA Giuseppe TRALLI Antonio UBERTINI Francesco ROCA FABREGAT Pere SAB Karam SHI Xuefei STRATFORD Tim TRIANTAFILLOU Thanasis ISBN X Finito di stampare nel mese di aprile 2009 Presso le Officine Grafiche Tecnoprint s.n.c. Via del Legatore 3, Bologna

5 INTRODUCTION The aim of the Conference is to present and review the latest achievements in MODELING, TESTING, DESIGN, CONTROL and HEALTH MONITORING of masonry structures strengthened with Composite Materials. Composite Materials with Continuous Fibres Reinforcing and Polymer or Cementitious Matrix here is considered as strengthening apparatus for masonry constructions. The special problems regarding historical constructions compatibility approach are focused in many contributions, considering the appropriate techniques in the domain of STRUCTURAL ARCHITECTURE. Presentation of Laboratory Tests and Case histories, motivated and detailed, are another important contribution to the field of ARCHITECTURE CONSERVATION. Venezia, aprile 2009 A. Di Tommaso

6 Si ringrazia: ARDEA PROGETTI E SISTEMI S.r.l. Via Cristoni Casalecchio di Reno BOLOGNA Tel Fax ardeaprogetti@betontex.it FISHER ITALIA Corso Stati Uniti PADOVA Tel Fax sercli@fischeritalia.it MAXFOR S.r.l. Via G. Pascoli 26 B/ Quarto D altino VENEZIA Tel Fax infove@maxfor.com RUREDIL S.p.a. Via Buozzi San Donato Milanese MILANO Tel Fax info@ruredil.it SGM S.r.l. Via Y. Gagarin 67/ S. Mariano di Corciano PERUGIA Tel Fax info@ sgmlaboratorio.com TEC. INN. S.r.l. Via Y. Gagarin 73-61/ S. Mariano di Corciano PERUGIA Tel Fax info@tecinn.com

7 Indice (in ordine alfabetico con il cognome del primo autore) M.A. Aiello, C. Conte, G. Fabbrocino, C. Rainieri 1 Seismic vulnerability of masonry curved elements M.A. Aiello, F. Micelli 9 Raccomandazioni per il rinforzo di colonne murarie in pietra calcarea mediante confinamento con FRP M.A. Aiello, M.S. Sciolti, F. Focacci 18 Elementi curvi in muratura rinforzati con nastri in FRP: analisi dell aderenza V. Alecci, S. Briccoli Bati, G. Ranocchiai 26 Confining compressed pillars with FRP composites M. Alper, B. Alper 34 Restoration of Bastion No.47 in the preservation of Diyarbakir City Walls L. Ascione 38 Attività prenormativa del CNR in tema di utilizzo dei materiali innovativi a scopi strutturali L. Ascione, A. Napoli, R. Realfonzo, F. Matta, A. Nanni 43 Strengthening of masonry with mechanically fastened FRP laminates A. Baratta, I. Corbi 51 On masonry vaulted stairs: statics and FRP reinforcement A. Baratta, O. Corbi 59 Incremental solutions in masonry-like no-tension bodies A. Barbieri, A. Cecchi, A. Di Tommaso 67 Effect of FRP repointing technique to increase masonry bond for different textures B. Belletti, E. Coïsson, C. Soncini 75 Per un consolidamento in linea con i principi del restauro: confronto sperimentale fra diverse tecniche di cerchiatura di colonne in mattoni faccia a vista A. Benedetti, F. Marani, L. Pelà 83 Analisi di strutture murarie rinforzate con FRP attraverso modelli reticolari non lineari A. Bonaca, A. Bosi, R. Buratta, R. Serafini 91 Structural health monitoring experiences and innovations A. Borri, G. Castori 99 Un contributo allo studio della durabilità dei rinforzi strutturali con materiali compositi

8 A. Borri, G. Castori, M. Corradi, R. Vetturini 108 Una nuova tecnica di realizzazione di muratura armata con fibre metalliche A. Borri, G. Castori, G. Paci 116 Indagine numerica sull efficacia dell utilizzo di nastri in materiali compositi fibrorinforzati applicati su volte cilindriche A. Borri, M. Corradi 124 Confinamento di pilastri in muratura tramite compositi con fibre metalliche A. Borri, M. Corradi, E. Speranzini, A. Giannantoni 132 Ristilatura con SRG di murature storiche S. Briccoli Bati, L. Rovero, U. Tonietti 140 Experimental analysis on scale models of CFRP reinforced arches S. Briccoli Bati, L. Rovero, U. Tonietti 146 Bond strength between brick and CFRP strips B. Calderoni, E.A. Cordasco, P. Lenza, G. Pacella 153 Indagine sperimentale su elementi compressi in muratura di tufo rinforzati con fibre di carbonio A. Caratelli, U. Ianniruberto, Z. Rinaldi 161 Experimental behaviour of masonry frames strengthened with composite sheets I. Carbone, G. de Felice 169 Delaminazione di compositi C-FRCM su supporti murari G. Celestini 177 Evoluzione della tecnologia dei rinforzi strutturali con materiali compositi nel consolidamento e recupero del patrimonio monumentale e di edifici esistenti attraverso l analisi di esperienze umbre. Ipotesi di sviluppo. G. Celestini, P. Casadei 184 Innovation on advanced composite materials for strengthening and protection of historical masonry structures G. Cenci 192 Esempi di ricostituzione della scatolarità strutturale per affrancare dalla tendenziale fatiscenza gli agglomerati antichi di povera formazione S. Churilov, E. Dumova-Jovanoska 200 Experimental and analytical research of strengthening techniques for masonry L. Credali 208 L impiego delle tecnologie FRP nel recupero strutturale di edifici storici

9 R. Cuzzilla, G.P. Lignola, A. Prota, G. Manfredi 224 Simulazioni numeriche di pannelli murari soggetti ad azioni nel piano e rinforzati con compositi C. D Ambra, M. Di Ludovico, A. Balsamo, A. Prota, G. Manfredi 232 Confinement of tuff and brick masonry columns with FRP laminates L. De Lorenzis, G. Zavarise 242 Full-range debonding analysis between a thin plate and a curved quasi-brittle substrate G. De Matteis, F.M. Mazzolani 250 The use of traditional strengthening systems by composite materials: the Fossanova Abbey Church E. Di Donato 258 Sicurezza statica e competitività economica delle scelte strutturali nel rispetto dell esistente C. Faella, E. Martinelli, S. Paciello, F. Perri 266 Composite materials for masonry structures: the adhesion issue F. Focacci, G. Mantegazza 274 Compositi a matrice cementizia per il rinforzo delle murature: aderenza con il supporto P. Foraboschi 282 Stati Limite Ultimi lato muratura: modellazione della rottura delle strutture murarie armate in composito F. Fraternali, L. Feo, L. Ascione 292 Fracture behavior of FRP-reinforced masonry structures E. Garbin, G. Guidi, M.R. Valluzzi, C. Modena 300 Sperimentazione e modellazione numerica del comportamento a compressione di murature di mattoni rinforzate con la tecnica della ristilatura armata D. García, J.T. San José, L. Garmendia, R. San Mateos, J. Díez, I. Marcos 308 Experimental analysis of masonry prisms and strengthened/unstrengthened multi-leaf stone masonry walls with advanced composite materials J. Jasienko, A. Di Tommaso, L. Bednarz 316 Experimental investigations into collapse of masonry arches reinforced using different compatible technologies A. Kwiecień 325 Flexible polymers using in repair of cracked masonry walls as a composite material R. Landolfo, F.M. Mazzolani 333 Design of the retrofitting system with FRP of the Mustafa Pasha Mosque in Skopje by numerical models

10 A. La Tegola 341 Examples of intervention with FRP in historic masonry buildings C. Maruccio, I. Basilio, D.V. Oliveira, P.B. Lourenço 348 Nonlinear finite element analysis of FRP strengthened masonry arches E. Milani, A. Tralli, G. Milani 359 Evaluation of collapse loads of masonry vaults reinforced with FRP strips F. Nardone, A. Prota, G. Manfredi 367 Considerazioni sulla valutazione della resistenza a taglio di pannelli murari rinforzati con FRP R.S. Olivito, A. Venneri, F.A. Zuccarello 375 An experimental equipment for delamination tests of FRP reinforced bricks L. Ombres 383 Prediciton of the in-plane shear capacity of masonry walls strengthened with FRP sheets M. Panizza, E. Garbin, M.R. Valluzzi, C. Modena 391 Experimental study of the FRP-clay interface subject to normal stresses G. Pascale, F. Bastianini 399 The role of quality control and of long-term monitoring in the structural applications of composite materials L. Petti, L. Caso, M. Modesti 407 Nuove tecnologie di ancoraggio di rinforzi in FRP nel consolidamento statico di costruzioni monumentali in muratura E. Sacco, E. Grande, M. Imbimbo 415 Rinforzo di murature con FRP: modellazione strutturale K. Subramanian, F. Focacci, C. Carloni 423 An investigation on the interface fracture propagation between FRP and masonry R. Vetturini 431 Messa in sicurezza e miglioramento sismico di edifici danneggiati dal sisma con i compositi: dieci anni di anni di esperienze

11 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 Per un consolidamento in linea con i principi del restauro: confronto sperimentale fra diverse tecniche di cerchiatura di colonne in mattoni faccia a vista. Beatrice Belletti a, Eva Coïsson a, Carlotta Soncini b a Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'ambiente, del Territorio e Architettura, Università degli Studi di Parma. b Libero Professionista in Parma beatrice.belletti@unipr.it, eva.coisson@unipr.it, carlotta.soncini@alice.it Keywords: restoration, brick masonry, structural jacketing, CFRP sheets, steel belts. 1. INTRODUZIONE L impiego di rinforzi in FRP per il consolidamento delle murature storiche presenta spesso difficili problemi di compatibilità architettonica, soprattutto quando si hanno paramenti con mattoni o pietre a vista. In tali casi l inserimento di strisce visibili di FRP non è in genere accettato; al contrario può risultare più semplice l accostamento tra muratura ed elementi in ferro a vista, forse perché si è ormai abituati a vedere staffe, bolzoni, tiranti ecc. su murature antiche e la loro presenza costituisce spesso elemento storico ineliminabile. Gli autori ritengono che volendo affrontare i principali aspetti che caratterizzano l uso dei rinforzi in FRP sulle strutture storiche, non ci si possa esimere dal trascurare nelle ricerche anche l aspetto estetico. Perciò è utile, di fronte ad un caso reale di rinforzo mediante cerchiatura di elementi strutturali (colonne) con mattoni a vista, affrontare sperimentalmente il problema dell efficacia di diverse soluzioni strutturali, ognuna delle quali connessa ad una diversa soluzione estetica e confrontare i risultati con l efficacia di soluzioni tradizionali, di più facile compatibilità estetica (cerchiature in ferro). Fig.1 La Rocca di Fontanellato. Fig.2 Il loggiato della Rocca oggetto di studio. Le soluzioni esaminate sono riconducibili ai seguenti casi di finitura: a) rivestimento completo dell elemento strutturale, rinunciando alla vista dei mattoni, ma ricreando una superficie omogenea e quindi esteticamente accettabile; b) strisce di cerchiatura da coprire con strisce d intonaco; c) restyling dei giunti. In particolare si presentano i primi risultati di uno studio sul loggiato del cortile interno della Rocca di Fontanellato (Parma), Figg. 1,2. Tale studio nasce da una convenzione stipulata tra il Comune di Fontanellato ed il DICATeA dell Università degli Studi di Parma, responsabile scientifico Prof. Carlo Blasi. Gli archi e le colonne del loggiato, Fig. 2, 75

12 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 presentano al piano terra un evidente quadro fessurativo, prevalentemente caratterizzato da fessure verticali nelle colonne in muratura, Fig. 4(a); ulteriori lesioni sono presenti negli archi e nei capitelli in corrispondenza del punto di attacco delle catene, Fig. 4(b). Gli interventi di consolidamento eseguiti in passato, sulle colonne del piano terra, tramite inserimento di cunei e iniezioni di malta a base cementizia, non hanno apportato grandi benefici; di conseguenza questi nuovi studi sono volti ad individuare nuove tecnologie di intervento che possano rappresentare un compromesso tra il rispetto delle esigenze estetiche, espresso dalla Soprintendenza, ed il miglioramento delle prestazioni strutturali. 2. RILIEVO E PATOLOGIE In una prima fase di questo studio il rilievo della geometria e delle patologie del manufatto ha permesso di valutare le possibili cause dello stato fessurativo presente, potenzialmente dovuto non solo allo stato sollecitativo generato dai carichi gravanti direttamente sul loggiato, ma anche a fenomeni di interazione del loggiato con le altre parti dell edificio, che ha subito nell arco dei secoli notevoli modifiche, ampliamenti e demolizioni. Inoltre uno studio precedentemente condotto sulla Rocca [1], aveva già evidenziato, tramite indagini geotecniche condotte con prove in situ e prove di laboratorio, come cause di dissesto di alcune parti dell edificio, i cedimenti fondazionali differenziali dovuti sia alla presenza di substrati aventi consistenze diverse, sia al ciclico riempimento e svuotamento del fossato difensivo. (a) (b) Fig.3 Sezione di riferimento. Fig.4-Lesioni nei pilastri. 76

13 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 Fig.5 Catene presenti al piano terra. Il loggiato analizzato è composto da tre livelli di colonnati, Fig. 2. Il primo livello del loggiato, LIV-1 in Fig.3, è composto da archi e colonne in muratura di laterizio e sostiene il sistema di copertura a struttura lignea. Fra il solaio sottostante, Fig. 3, a quota , in travetti e pianelle di laterizio e le volte a crociera sottostanti è presente un intercapedine di altezza pari a 1.7m; queste volte a crociera poggiano su colonne in arenaria in corrispondenza del LIV-3 di Fig.3. Un sistema analogo di volte a crociera costituisce il primo orizzontamento che grava su colonne e capitelli in muratura di laterizio in corrispondenza del LIV-4 di Fig.3. Una serie di catene metalliche fu posta in opera ai livelli LIV-3 e LIV-4 indicati in Fig. 3 con l intento di eliminare le spinte delle volte. Il rilievo strutturale ha consentito di poter stimare con buona approssimazione i carichi gravitazionali presenti e dunque di valutare lo stato tensionale presente sulle colonne. Si precisa che si è tenuto conto dei soli carichi verticali (permanenti e variabili) in assenza di vento e sisma come espressamente richiesto nel testo della convenzione. Il valore medio in esercizio della tensione verticale alla base delle colonne è risultato essere pari a 1.74 MPa nella combinazione dei pesi propri e dei carichi permanenti mentre è risultato essere pari a 1.97 MPa nella combinazione rara comprensiva anche dei carichi variabili. Il loggiato a piano terra presenta le maggiori problematiche statiche ed è dunque il principale oggetto di questa indagine, Fig. 4. Le catene, infatti, sottoposte a trazione, hanno indotto il distacco della limitata parte di muratura in corrispondenza dell imposta dell arco nella quale le estremità sono inserite. La conseguente non perfetta efficacia delle catene, comporta la nascita di spinte orizzontali sulle colonne, che ne aggravano lo stato di sollecitazione. Questo meccanismo è individuato dai fuori piombo, misurati su tutte le colonne tramite rilievo geometrico. La presenza di lesioni proprio in corrispondenza dei rinforzi metallici ha portato ad effettuare prove dinamiche su tutte le catene esistenti al piano terra (Fig.5) da cui è emerso che le catene 2 e 3, presentando una forte differenza di vibrazione rispetto alle altre, probabilmente non collaborano nel rinforzo strutturale (Tabella 1). Tabella 1 Risultati delle prove dinamiche. Catena 1 Catena 2 Catena 3 Catena 4 Catena 5 Carico assiale [N] PROVE SPERIMENTALI Per poter individuare un intervento di consolidamento che garantisca sia il rinforzo strutturale, sia la salvaguardia dal punto di vista estetico e storico del manufatto, è stata realizzata una campagna sperimentale su provini a sezione circolare in muratura. I provini, di diametro pari a 195mm ed altezza pari a 540mm, sono stati sottoposti a prove di compressione semplice secondo le prescrizioni indicate nella normativa UNI EN : I provini oggetto di studio sono complessivamente 12, suddivisi in quattro gruppi; ogni gruppo è composto da 3 provini. I gruppi si differenziano per la modalità in cui è stato realizzato il confinamento delle colonne, in Tabella 2 è riassunta la nomenclatura utilizzata per distinguere i gruppi. Il calcolo della resistenza a compressione della muratura è stata eseguita sia tramite prove sui componenti (blocchi di laterizio e malta applicando successivamente le prescrizioni della normativa italiana, D.M. 77

14 MuRiCo3, Venezia Aprile /01/2008, ed europea, UNI EN :2006, per la determinazione della resistenza caratteristica), sia tramite prove sperimentali sui provini in muratura non rinforzati. Tabella 2 Gruppi di provini e nomenclatura. Tipologia di rinforzo Nomenclatura Non rinforzato NR Malta e rete di carbonio su tutta l altezza RT Strisce di malta e rete di carbonio RS Fibre di carbonio e resina epossidica nei corsi di malta RG Cerchiatura metallica CM La malta è stata realizzata in laboratorio con calce idraulica e sabbia in rapporto 1 a 3 con rapporto acqua/cemento pari a circa 0.5; la resistenza media a compressione, ottenuta da prove di compressione condotte secondo la norma UNI EN , Fig. 6(a), è pari a f m = MPa (malta M10). La resistenza a compressione del laterizio è stata ricavata da provini cubici (di lato 50mm) ricavati dai blocchi semi-circolari di diametro 195 mm ed altezza 60 mm utilizzati per la realizzazione delle colonne, Fig. 6(b). Adottando un fattore di forma pari a 0.85 (UNI EN 772-1:2002), sono state ricavate le resistenze media e caratteristica del blocco pari a f bm = 7.6MPa e f bk = 5.2 MPa, rispettivamente. Fig.6 Prova a compressione: (a) sulla malta, (b) sul laterizio. I dato ottenuti sui componenti sono stati correlati per ricavare la resistenza caratteristica della muratura a compressione. Adottando la normativa italiana si ricava da Tabella (D.M. 14/01/2008) il valore f k = 3.49 MPa; mentre con quella europea (UNI EN :2006) da Eq. (1), con K = 0.55, si ottiene f k = 4.66 MPa: f k 0.7 bm 0.3 m = K f f (1) La resistenza caratteristica a compressione calcolata secondo D.M. 14/01/2008 dalle prove sperimentali, ovvero dalle resistenze medie del gruppo di provini non rinforzati, denominato gruppo NR, (Fig. 7(a)), è stata calcolata utilizzando l Eq. (2): f k = f k s (2) m da cui, assumendo un coefficiente k = 2.33, una resistenza media f m = 8.5 MPa (UNI EN : 2001) ed uno scarto quadratico medio pari a s = 2.12 MPa, si ricava un valore di resistenza caratteristica pari f k = 3.5 MPa, in linea con i valori della resistenza caratteristica a compressione della muratura calcolati a partire dalle resistenze componenti. Per i provini rinforzati con rete di fibre di carbonio e malta è stato utilizzato un prodotto denominato Ruredil X MESH C10 avente modulo elastico pari a 240GPa ed allungamento a rottura pari al 1.8%. La malta, premiscelata, RUREDIL X MESH M25 ha una resistenza a compressione pari a 38 MPa ed un modulo elastico pari a MPa. 78

15 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 (a) (b) (c) (d) (e) Fig. 7 Tipologia di rinforzo: provino del (a) gruppo NR, (b) gruppo RT, (c) gruppo RS, (d) gruppo RG, (e) gruppo CM. Con questa tipologia di rinforzo sono stati realizzati due gruppi di provini: il gruppo RT con confinamento continuo su tutta l altezza della colonna, Fig. 7(b), il gruppo RS con confinamento discontinuo realizzato tramite due strisce di malta e rete di carbonio aventi interasse pari a 240 mm ed altezza pari a circa 80 mm, Fig. 7(c) che interessa non solo il blocco di laterizio ma anche i due corsi di malta adiacenti. Per entrambi i gruppi appena menzionati la lunghezza di sovrapposizione della rete è pari a 100 mm. Carico (kn) Spostamento (mm) CURVA MEDIA GRUPPO RS CURVA MEDIA GRUPPO NR CURVA MEDIA GRUPPO RT CURVA MEDIA GRUPPO RG CURVA MEDIA GRUPPO CM Fig. 8 Confronto carico verticale- spostamento verticale per i gruppi di provini analizzati. I fili di fibre aventi le stesse proprietà meccaniche del prodotto prima menzionato sono stati applicati sui corsi di malta dei provini del gruppo RG su supporto in resina epossidica bicomponente, Fig. 7(d). Il modulo elastico della resina è pari a MPa. La tecnica tradizionale di confinamento realizzata con cerchiature metalliche è invece stata adottata per i provini del gruppo CM, Fig. 7(e). Le cerchiature in metallo, ricavate da profili tubolari di diametro mm e spessore pari a 10 mm, sono state posizionate ad interasse pari a 240 mm (analogamente al rinforzo discontinuo con strisce di rete di carbonio e malta), e successivamente pretensionate con una chiave dinamometrica ad un valore medio di serraggio pari a 30Nm, Fig. 7(6). In Fig. 8 si mostrano i confronti fra le curve carico verticale spostamento verticale ottenute dalla campagna di prove sperimentali. Si evidenzia che in Fig. 8 sono riportate, per ogni gruppo, le curve intermedie; i valori sperimentali hanno infatti mostrato una deviazione rispetto ai valori medi sia in termini di carico ultimo che in termini di spostamento ultimo che varia a seconda della tipologia di rinforzo. Le maggiori dispersioni nei risultati si verificano per i pilastri non rinforzati, il carico di rottura è stato per essi determinato al sopraggiungere di 79

16 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 un estesa fessurazione verticale. Dalle curve sperimentali carico-spostamento di Fig. 8 e dalle foto a rottura di Fig. 9 emergono alcune considerazioni riportate nel seguito: - la resistenza minore si osserva per i provini non rinforzati. - il confinamento dicontinuo realizzato o con strisce di malta firbo-rinforzata o con cerchiatura metallica produce un comportamento simile della colonna sia in termini di carico ultimo che di rigidezza; la rottura avviene in corrispondenza del centro della colonna nella zona delimitata dal confinamento discontinuo. - La resistenza massima e la maggiore duttilità si ottengono per le colonne con confinamento continuo in malta fibro-rinforzata; la rottura è duttile ma talvolta avviene in corrispondenza della sovrapposizione della fibra. - il confinamento realizzato con resina epossidica e fibre di carbonio collocate in corrispondenza dei corsi di malta produce una resistenza delle colonne intermedia fra quella ottenuta con il rinforzo discontinuo ed il confinamento continuo. Il comportamento delle colonne rinforzate con questa tecnologia risulta essere soddisfacente anche dal punto di vista della duttilità strutturale. La rottura avviene al sopraggiungere della rottura per strappo delle fibre. Nella scelta finale della tecnologia di confinamento da adottare entrano successivamente in gioco altri fattori quali le esigenze estetiche dettate dalla Soprintendenza per la salvaguardia del patrimonio storico-artistico. (a) (b) (c) (d) (e) Fig. 9 Modalità di rottura dei gruppi di provini analizzati: (a) NR, (b) RT, (c) RS, (d) RG, (e) CM. Ne consegue che, nonostante il rinforzo continuo determini le migliori prestazioni strutturali, sia da preferire il rinforzo dei giunti con fibre e resina epossidica che rappresenta il miglior compromesso fra esigenze estetiche e performance strutturale. 4. CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEL MATERIALE exp In Tabella 3 si confrontano le resistente medie ottenute sperimentalmente ( f mc ) con quelle ricavate dalle indicazioni per il consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi CNR fibrorinforzati contenute nel documento CNR-DT 200/2004 ( f mc ), Eq. (3): f CNR mc = f + k f (3) m 1,eff Per una spiegazione di Eq. (3) si rimanda al documento CNR-DT 200/2004 ed alle proprietà dei materiali adottate illustrate nel paragrafo precedente. Da Tabella 3 si evince che le resistenze medie sperimentali sono in buon accordo con quelle numeriche e risultano inoltre essere leggermente maggiori rispetto ai valori ottenuti da Eq. 3, a conferma che i metodi di calcolo della resistenza a compressione della muratura confinata contenuti nel documento CNR-DT 200/2004 sono a favore di sicurezza. Tali osservazioni non valgono per il gruppo di provini con 80

17 MuRiCo3, Venezia Aprile 2009 confinamento continuo per cui si registra una resistenza media sperimentale leggermente inferiore al valore calcolato manualmente. Tabella 3 Confronto fra resistenze medie sperimentali e da calcolo (CNR-DT 200/2004). Gruppo NR Gruppo RT Gruppo RS Gruppo RG Gruppo CM exp f mc [MPa] CNR f mc [MPa] // MODELLAZIONE AGLI ELEMENTI FINITI DEL LOGGIATO Infine è stata eseguita una modellazione del loggiato con elementi finiti per ottenere alcuni risultati di interesse, a sostegno dei calcoli manuali condotti con i consolidati approcci della Scienza e Tecnica delle Costruzioni. In particolare si è voluto indagare tramite l analisi ad elementi finiti del modello tridimensionale del loggiato, l effetto delle catene sullo stato deformativo, confrontando i risultati numerici con i fuori piombo misurati in sito. Il loggiato del cortile interno della Rocca di Fontanellato è stato modellato con elementi brick a 4 nodi ed 8 nodi, ed elementi beam per le catene, aventi comportamento elastico-lineare. Fig.10 Mesh adottata per la modellazione del loggiato. Fig.11 Spostamento fuori piano (in cm): (a) numerico (deformata amplificata di un fattore pari a 400), (b) misurato. Opportune condizioni vincolari sono state inserite per impedire gli spostamenti delle parti di loggiato connesse con la restante parte della Rocca non modellata. Sulla base delle prove dinamiche effettuate sulle catene già viste nel paragrafo 2 sono stati creati 3 modelli: modello 1) con le catene 2-3 non collaboranti nel rinforzo strutturale, modello 2) con tutte la catene collaboranti ed infine modello 3) senza catene. Il modello 2) ha fornito i risultati numerici, Fig. 11(a) più prossimi allo stato deformativo misurato in sito, Fig. 11(b) in termini di spostamento fuori piano. I valori numerici massimi delle tensioni verticali alla base della colonna 3 (calcolate con il modello 2)), dovuti allo stato sollecitativo di presso-flessione generato dalle spinte delle volte a crociera non eliminate dalle catene 2 e 3 che non lavorano, è risultato pari a 1.8 MPa. 81

18 MuRiCo3, Venezia Aprile CONCLUSIONI La campagna sperimentale eseguita sulle colonne confinate con differenti tecnologie ha portato ad identificare come buon compromesso fra esigenze estetiche e strutturali il rinforzo dei giunti di malta con fibre e supporto in resina. Essendo tale tipologia di rinforzo innovativa, è in corso una seconda campagna sperimentale al fine di ridurre lo scarto dei risultati sperimentali per i provini non fessurati; verificare il comportamento dei provini rinforzati sia supporto di malta sia di resina con lunghezze di sovrapposizione maggiori; verificare l effettivo beneficio estetico ottenuto in caso di rinforzo dei soli giunti di malta, Fig. 12, tramite l ausilio di personale restauratore qualificato. Fig.12 Confinamento nei giunti: (a) fase di esecuzione, (b) effetto estetico finale dopo l intervento di rinforzo. Si intende inoltre continuare nell analisi numerica eseguendo analisi non lineari ad elementi finiti su porzioni più limitate del loggiato alla luce dei risultati ottenuti con il modello lineare tridimensionale. Ringraziamenti Si ringrazia il Sig. Stefano Volta ed i suoi collaboratori per il gentile aiuto nella realizzazione dei nuovi provini utilizzati nel programma sperimentale in corso, Fig.12, e tutto il personale tecnico di laboratorio per il supporto fornito durante le prove. Bibliografia [1] UNI EN : Eurocodice 6 Progettazione delle strutture in muratura Parte 1-1: Regole generali per strutture di muratura armata e non armata. [2] UNI EN : Determinazione della resistenza a flessione e compressione della malta indurita. [3] UNI EN 772-1:2002. Metodi di prova per elementi di muratura Determinazione della resistenza a compressione. [4] Convenzione fra Università di Parma e Comune di Fontanellato. Analisi architettonica e strutturale della Rocca Sanvitale di Fontanellato. [5] Soncini, C. Studio di consolidamento del loggiato interno della Rocca di Fontanellato: analisi sperimentale e numerica. Tesi di laurea Università degli Studi di Parma, [6] CNR-DT 200/204. Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi fibrorinforzati. Roma CNR 13 luglio [7] UNI EN : Metodi di prova per muratura Determinazione della resistenza a compressione. 82