di Lino Credali, Gianluca Ussia

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1 I MATERIALI COMPOSITI NELLA MESSA IN SICUREZZA DELLE STRUTTURE EDILI Nuove opportunità per un razionale impiego delle tecniche di recupero delle strutture di Lino Credali, Gianluca Ussia Premessa I materiali compositi, da tempo largamente impiegati nel recupero strutturale delle opere edili ed in particolare modo nel recupero di edifici storici, si stanno rivelando una importante opportunità di impiego nella messa in sicurezza di edifici danneggiati a seguito di fenomeni sismici. Questo nuovo orientamento dell impiego dei compositi in edilizia nasce a partire dal 2008 quando l Ardea di Bologna, già detentrice del marchio Betontex (R), oggi Gruppo Fibre Net, inizia lo studio e l impiego di cavi in fibre ad alto modulo, per il rinforzo di strutture edili in particolare nel rinforzo di facciate in pietra vista. I cavi in fibre ad alto modulo possono essere impiegati in molte interessanti applicazioni nel recupero delle strutture edili e possono risolvere molti problemi non facilmente risolvibili con metodi tradizionali. I cavi possono essere realizzati con fibre di carbonio, fibre aramidiche, fibre di vetro AR o combinazioni di queste ed impiegati per tirantature, rinforzo di murature, cerchiature di edifici e messa in compressione delle strutture mediante post- tensione del cavo, tutti impieghi che vanno in direzione di un miglioramento sismico degli edifici. 1. Immagini di cavi in fibra di: Carbonio, Aramidica e Vetro AR. Per la messa in sicurezza oltre ai cavi possono essere utilmente considerati altri sistemi di rinforzo quali i nastri di rinforzo Betontex Unidirezionali o reti multiassiali in fibra di carbonio di tipo HT (E=240 GPa) o HM (E=390 GPa) Betontex, in diverse grammature.

2 LA MESSA IN SICUREZZA DEL TAMBURO DELLA BASILICA DELLE ANIME SANTE A L AQUILA Una delle prime applicazioni di cavi in fibre ad alto modulo è stata la messa in sicurezza del tamburo della Basilica delle Anime Sante a L Aquila a seguito del sisma dell Aprile Di fatto, il grave problema che si poneva, a seguito del danno subito dalla Basilica, era costituito dall impossibilità di accedere in vicinanza della struttura e tantomeno all interno della stessa. Il progetto, elaborato dalla Protezione Civile, in collaborazione con l ing. Antonio Valva della Soc. Resin Proget di Rovigo, consisteva nell idea di utilizzare delle cerchiature con cavi ad alta resistenza, applicati da personale calato dall alto. I cavi in numero di 30, disposti a modo di cerchiatura o di tirantature dovevano garantire una resistenza a trazione superiore a 12 tonnellate per ciascun cavo. Tuttavia, considerando una lunghezza dei cavi compresa tra 30 e 40 m, in acciaio tradizionale avrebbe comportato pesi compresi tra kg per cavo, mentre in acciaio armonico il peso poteva ridursi a kg per cavo. Pesi assolutamente ingestibili da un operatore appeso nel vuoto, con notevoli problemi anche di ancoraggio del cavo alla struttura. Da qui l idea di utilizzare fibre ad alta resistenza quali il carbonio o le fibre aramidiche. Scartato il carbonio per la sua maneggevolezza, più difficoltosa quando la fibra non è impregnata con una resina, la scelta è caduta sull impiego di fibre aramidiche, per le ottime proprietà meccaniche, resistenza al taglio ed all usura. Con questa soluzione il cavo, a parità di resistenza a trazione (superiore alle 12 t), avrebbe avuto un peso di 85 grammi per metro pari ad un valore, per un cavo di 38 m, di 3,5 kg che sarebbero diventati 6-8 kg con i terminali esterni in acciaio, pesi assolutamente gestibili nella messa in opera. 2. La messa in sicurezza del tamburo

3 Dati di Progetto messa in sicurezza del timpano della Basilica delle Anime Sante L Aquila PESO di 38 m di TIRANTE: 3,5 kg Carico di rottura nominale = 18 ton Carico di rottura misurato = 15 ton Carico di pretensione = 5000 kg 3a. Particolare dei cavi disposti alla sommità del Tamburo. Tuttavia, i problemi più complessi da risolvere rimanevano i terminali dei cavi ed i sistemi di tesatura. Scartati sistemi di connessione basati sul legame chimico fibra/resina, a causa della scarsa adesione delle fibre aramidiche con le resine epossidiche, si è passati ad una soluzione basata su nuovi criteri di aggancio meccanico e non chimico. Il sistema cavo-terminali, messo a punto da Ardea a seguito di una rapida ricerca e progettazione dei componenti che costituiscono il sistema di aggancio, è stato collaudato in prove di trazione ottenendo come risultato la rottura del cavo ad un valore di carico pari a 15 t (carico teorico 18 t) senza scorrimenti o distacchi a livello dei terminali. Il cavo utilizzato nella messa in sicurezza del tamburo della Basilica, è costituito da filati di fibra Aramidica di tipo HM ad alto modulo elastico, con un contenuto in fibra di 85 g/m, da un rivestimento esterno con una guaina di protezione in fibra poliestere nero e da una guaina esterna in fibra Dynema, nella zona di connessione all interno del terminale metallico. 3b. Immagine del Tamburo messo in sicurezza.

4 4. Immagine del terminale con aggancio per il sistema di pre-tensione. Nelle figure 2a e 2b vengono riportate le immagini del Tamburo della Basilica delle Anime Sante dopo la messa in sicurezza con i cavi Betontex Tie. Nella figura 3 si riporta l immagine del terminale del cavo per la post tensione. A lavori di ristrutturazione compiuti i cavi sono stati facilmente rimossi. IL CASO DEL REALE ALBERGO DEI POVERI Il caso del Reale Albergo dei Poveri di Napoli è emblematico per la grande versatilità che si può ottenere con la tecnologia dei cavi. In questo caso il problema non era tanto la messa in sicurezza di una struttura a rischio di crollo, ma piuttosto una messa in sicurezza di volte in muratura, fortemente ribassate e con grandi carichi sovrastanti, destinate ad essere rinforzati con nastri in fibra aramidica, per una garanzia di ulteriore sicurezza oltre al rinforzo in fibra. Il Reale Albergo dei Poveri di Napoli si presenta come un edificio di grandi dimensioni in cui erano in corso lavori di ristrutturazione statica con un importante impiego di rinforzi in materiale composito. 5. Vista del Reale Albergo dei Poveri Napoli.

5 Nel caso specifico, gli elementi da rinforzare erano grandi volte in muratura in cui, come da progetto dello Studio Croci di Roma, erano previsti tiranti in fibra aramidica da applicare alle reni con una forma ad U più un terzo cavo in chiave. La richiesta della committenza era di condurre una prova di applicazione dei cavi e, a seguire, una prova di precarico (oltre 5 t) e di carico ultimo del cavo per valutarne i limiti di sicurezza. 6. Schema applicazione cavi e particolari dei terminali al Reale Albergo dei Poveri, Napoli. In rosso i rinforzi alle reni ed in giallo il rinforzo intradossale. Il problema di fatto si presentava molto simile a quanto riscontrato nella messa in sicurezza delle Anime Sante, con la differenza che in questo caso i tiranti erano passanti all interno della muratura e la pre-tensione avveniva utilizzando piastre di contrasto, all uscita dei cavi dalla muratura. La figura 5 riporta lo schema del progetto di posa in opera dei cavi ed i particolare dei tiranti. I cavi da noi utilizzati con il relativo sistema di connessione, del tutto analoghi ai cavi utilizzati a L Aquila, prevedevano un precarico fino a 5000 kg ed una resistenza superiore alle 12 t. Di fatto nelle prove di post-tensione i 5000 kg sono stati largamente superati e si è raggiunta una resistenza ultima del cavo di 15 t, in linea con quanto già riscontrato nei cavi utilizzati a L Aquila.

6 ALTRI INTERVENTI A partire dalle esperienze del 2009, sono stati eseguiti diversi interventi i di notevole rilievo particolarmente significativi ai fini di impiegare una messa in sicurezza: - Rinforzo di porzione di facciata in pietra vista della Basilica di San Petronio a Bologna su progettazione del Prof. Raffaele Poluzzi, usando cavi in fibra di carbonio. 7. Ristilatura armata di porzioni di facciata della Basilica di San Petronio, Bologna.

7 - Rinforzo delle mura di Bassano del Grappa, mediante ristilatura armata, con disposizione dei cavi a più livelli in direzione orizzontale e in direzione verticale, con cavi ibridi di fibra aramidica e fibra di carbonio, progetto e Direzione Studio Mariani e Direzione lavori Ing. Giorgio Stuppazzon. 8. Ristilatura armata delle mura di Bassano del Grappa: particolari.

8 MESSA IN SICUREZZA E RINFORZO FACCIATA PALAZZO BONCOMPAGNI BOLOGNA La facciata del Palazzo Boncompagni, edificio di grande pregio nel centro storico di Bologna, presentava delle fessurazioni molto evidenti in senso verticale, posizionate prevalentemente nella parte centrale dell edificio. Il progetto dell Ing. Saverio Simonazzi con la collaborazione dell Ing Gianluca Ussia per gli aspetti tecnologici, ha considerato particolarmente rilevante la necessità di contenere le fessure attraverso un incatenamento e precompressione di tutta la facciata. Si è utilizzato un cavo in fibra di carbonio con terminali in acciaio per la pre-tensione con piastre di contrasto in acciaio poste agli spigoli dell edificio. La messa in opera è stata eseguita dalla Soc. Resin-Proget di Rovigo che ha collaborato con Ardea per individuare le migliori soluzione nel posttensionamento. 9. Sistema di pre-tensionamento dei cavi a Palazzo Boncompagni-Bologna.

9 CONCLUSIONI L utilizzo di cavi ottenuti da fibre di carbonio e aramidiche si rivelano una importante soluzione tecnica per la messa in sicurezza di edifici danneggiati a seguito di fenomeni sismici sia nel caso di rischi di crollo imminenti, sia per le messa in sicurezza dell edificio per dare accesso a lavori di ripristino. I cavi possono trovare applicazione in tutti questi casi: - Cerchiature di edifici o di singoli elementi o parti di edificio, - Tiranti all interno degli edifici (catene), -Tiranti posizionati all interno della muratura, - Rinforzo di volte, archi e murature, - Ristillatura armata delle murature, - Rinforzo murature e tiranti con post-tensionamento. Un grande vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di prevedere un impiego del cavo come tale (ad esempio il caso delle Anime Sante) o di un cavo impregnato con resine epossidiche, fatto aderire o meno al supporto a cui viene applicato (ad esempio: San Petronio, Bassano e Palazzo Boncompagni). E importante fare notare che nel caso dell impregnazione del cavo con resine, si ottiene anche un adesione al supporto (vedi come esempio l applicazione sulla facciata di San Petronio a Bologna o il rinforzo delle mura di Bassano). In questo caso il cavo può lavorare puntualmente in tutta la sua lunghezza, senza scaricare i carichi esclusivamente alle due estremità sui muri di contrasto. I vantaggi rispetto a tecniche tradizionali sono: - Facilità di messa in opera in particolare per la leggerezza dei materiali e la semplicità dell esecuzione. - Minore invasività dei sistemi e probabile riduzione dei costi. - L intervento in emergenza può fare già parte della ristrutturazione dell edificio nelle fasi successive dei lavori di riabilitazione, con notevoli vantaggi di tempo di realizzazione e di costi. SI RINGRAZIANO I Progettisti Ing Antonio Valva dello studio Valva di Modena per la progettazione della messa in sicurezza della Basilica della Anime Sante-L Aquila Studio Croci di Roma per la progettazione dei rinforzi delle volte del Reale Arlbergo dei Poveri di Napoli Prof Raffaele Poluzzi dello Studio Poluzzzi di Bologna per i lavori alla Basilica di San Petronio-Bologna Studio Mariani ed Ing. Giorgio Stuppazzon per la progettazione e direzione lavori dell intervento alle mura di Bassano del Grappa Ing. Saverio Simonazzi per la progettazione dell intervento di Palazzo Boncompagni Le Società Resin Proget s.r.l. di Rovigo per il contributo tecnologico per l applicazione dei Cavi alla messa in sicurezza della Basilica delle Anime Sante - L Aquila e per l esecuzione dell intervento a Palazzo Boncompagni di Bologna. Costruzioni Fratelli Azzolini di Arco (TN) per l intervento alle mura di Bassano.