CORSO DI RECUPERO E CONSERVAZIONE DEGLI EDIFICI A.A. 2010-2011 CRITERI PROGETTUALI PER IL CONSOLIDAMENTO -Introduzione -Le strutture ad arco e a volta
Finalità e cause del consolidamento (1) Prima di parlare di come si consolida bisogna capire PERCHÉ SI CONSOLIDA Ovvero qual è la finalità del consolidamento e quali sono i motivi contingenti che spingono (un tecnico competente) a valutare l ipotesi di intervenire su di una struttura al fine di consolidarla. PERCHÉ SI CONSOLIDA FINI Il FINE del consolidamento è quello di AUMENTARE IL LIVELLO DI SICUREZZA MOTIVI CONTINGENTI (ritenuto inadeguato) di una struttura alle azioni alle quali è previsto che possa essere soggetta.
Finalità e cause del consolidamento (2) L INADEGUATEZZA DEL LIVELLO DI SICUREZZA (ovvero la causa contingente del consolidamento) di una struttura esistente può avere varie origini: 1. Inadeguatezza iniziale della struttura: la struttura (a causa di errori progettuali o di realizzazione) è stata inadeguata fin dall origine a sopportare in sicurezza le azioni previste per la destinazione d uso; 2. Cambiamento dello standard di sicurezza: il cambiamento degli standard di sicurezza (incremento delle azioni previste per una determinata destinazione d uso, o incremento dei coefficienti di sicurezza richiesti) può portare a considerare non sicura una struttura progettata e realizzata secondo la regola dell arte o le normative vigenti; 3. Cambiamento della destinazione d uso: un cambiamento di destinazione d uso che comporti aumento delle azioni previste o del livello di sicurezza richiesto può motivare un consolidamento; 4. Decadimento delle prestazioni della struttura: il danneggiamento della struttura (dovuto ad azioni impreviste, accidentali, etc.) o il degrado materico (dovuto ad agenti chimici, fisici o biologici) dei suoi componenti possono causare un decadimento prestazionale della struttura stessa e quindi un livello di sicurezza non più adeguato.
Il consolidamento come parte del progetto di conservazione (1). Il progetto di consolidamento deve basarsi sulla conoscenza della struttura da consolidare ed essere finalizzato a sopperire a carenze rilevate in fase di analisi, siano esse causate da carenze del progetto originario, da decadimento prestazionale, o da incremento delle azioni. «Il progetto riabilitativo è conseguenza della conoscenza, non solo materica, ma della concezione strutturale e delle intenzioni, semantiche, culturali, espressive, in una parola, architettoniche, sottese al manufatto» «Tante sono le tecniche, i materiali ed i metodi per intervenire, ma [ ] la loro scelta dipende da un discorso critico a seconda delle intenzioni che il progettista antepone all operatività» (FRANCO LANER, 2005) Il consolidamento: - Sopperisce a carenze rilevate in fase di analisi - È fondato sulla conoscenza - Fa riferimento ad una impostazione critica
Il consolidamento come parte del progetto di conservazione (2). «La conservazione dei monumenti ed il rigore che le conseguenti operazioni di restauro comportano non possono riguardare solo la pelle ed i tessuti degli edifici ma anche l ossatura, tenuto conto altresì che in alcuni monumenti questa costituisce addirittura la componente più importante. L ossatura, cioè il meccanismo di sostegno dell edificio, deve quindi essere conservata nella sua autenticità, questa comprende la consistenza oggettiva, i valori caratterizzanti, gli effetti e le manifestazioni dei processi autonomi o indotti di alterazione e quelli di degrado». Il consolidamento di una struttura deve essere finalizzato alla conservazione della autenticità nelle sue molteplici valenze (GENNARO TAMPONE, 1999)
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (1). Circolare Fiorelli 1882 Circolare del Ministero della Pubblica Istruzione Direzione generale per le Antichità e Belle Arti del 21 luglio 1882 n. 683-bis. Nella circolare il tema del consolidamento si riduce a valutare «dove occorra adottare la scomposizione delle parti in cui la stabilità è alterata e la ricomposizione loro con materiale antico, e dove ricorrere a rifacimenti; e si possa pure avvisare ai legamenti che per avventura risultino necessari per impedire il rinnovamento dei danni». Si sottolinea poi che «In ogni caso [ ] occorre che se anche si creda possibile non si tenti di far meglio degli antichi, ma quando si debba assolutamente rifare si rifaccia tale e quale era, affinché il monumento resti col suo vero carattere, a testimoniare il lavoro delle varie epoche per le quali è passato». Scomposizione di parti e loro ricomposizione Rifacimenti Inserimento di legamenti
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (2). Carta di Atene 1931 Conferenza Internazionale di esperti per la protezione e la conservazione dei monumenti d arte e di storia (Atene, 21-30 ottobre 1931). Dopo aver messo in luce che «prima di ogni opera di consolidamento o di parziale restauro, [è necessaria] una indagine scrupolosa delle malattie a cui occorre prestare rimedio», si approva «l impiego giudizioso di tutte le risorse della tecnica moderna, e più specialmente del cemento armato». Si afferma inoltre «che ordinariamente questi mezzi di rinforzo debbano essere dissimulati per non alterare l aspetto e il carattere dell edificio da restaurare». Necessità di indagini delle malattie che affliggono la fabbrica Possibilità di fare ricorso a tecniche ed materiali moderni, che dovranno però essere nascosti alla vista.
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (3). Norme per il Restauro dei Monumenti 1932 Bollettino d Arte del Ministero dell Educazione Nazionale (Roma, Gennaio 1932) Si afferma «Che nelle aggiunte che si dimostrassero necessarie, o per ottenere il consolidamento [ ] il criterio essenziale da seguirsi debba essere, oltre a quello di limitare tali elementi nuovi al minimo possibile, anche quello di dare ad essi un carattere di nuda semplicità e di rispondenza allo schema costruttivo»; si sostiene inoltre «Che allo scopo di rinforzare la compagine stanca di un monumento e di reintegrare la massa, tutti i mezzi costruttivi modernissimi possono recare ausili preziosi e sia opportuno valersene quando l adozione di mezzi costruttivi analoghi agli antichi non raggiunga lo scopo». Le componenti aggiunte dovranno «essere accuratamente ed evidentemente designate o con l impiego di materiale diverso dal primitivo, o con l adozione di cornici di inviluppo [ ], o con l applicazione di sigle o di epigrafi». Limitare le aggiunte e dare loro carattere di essenzialità costruttiva Possibilità di fare ricorso a tecniche ed materiali moderni, in assenza di soluzioni tradizionali di uguale efficacia Riconoscibilità delle aggiunte
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (4). Istruzioni per il restauro dei monumenti 1938 «L eventuale aggiunta o sostituzione [ ] deve essere contenuta nei limiti della più assoluta semplicità ed eseguita con materiali e tecniche che ne attestino la modernità ed evitino [ ] ogni possibile confusione con l antico». Essenzialità della aggiunta e sua caratterizzazione con materiali e tecniche moderne Carta del Restauro di Venezia 1964 «Quando le tecniche tradizionali si rivelino inadeguate, il consolidamento di un monumento può essere assicurato mediante l ausilio di tutti i più moderni mezzi di struttura e di conservazione, la cui efficienza sia stata dimostrata da dati scientifici e sia garantita dall esperienza». Ricorso a mezzi moderni quando quelli tradizionali siano inadeguati
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (5). Carta Italiana del Restauro 1972 Circolare n. 117 del 6 aprile 1972 del Ministero della Pubblica Istruzione. Sono consentite: «aggiunte di parti accessorie in funzione statica [ ], attuate, secondo i casi, o determinando in modo chiaro la periferia delle integrazioni, oppure adottando materiale differenziato seppure accordato, chiaramente distinguibile a occhio nudo, in particolare nei punti di raccordo con le parti antiche, inoltre siglate e datate ove possibile»; «modificazioni e nuove inserzioni a scopo statico e conservativo nella struttura interna o nel sostrato o supporto, purché all aspetto, dopo compiuta l operazione, non risulti alterazione né cromatica né per la materia in quanto osservabile in superficie». «Ogni intervento sull opera o anche in contiguità dell opera [ ] deve essere eseguito in modo tale e con tali tecniche e materie da potere dare affidamento che nel futuro non renderà impossibile un nuovo eventuale intervento di salvaguardia o di restauro» Riconoscibilità delle aggiunte esterne Mancanza di alterazioni cromatiche e materiche per le aggiunte interne (indicazione tratta dal restauro delle opere d arte) Ripetibilità dell intervento
Il consolidamento nei documenti metodologici e normativi (6). Allegato B: Istruzioni per la condotta dei restauri architettonici alla Carta Italiana del Restauro del 1972 «Esigenza fondamentale del restauro è quella di rispettare e salvaguardare l autenticità degli elementi costitutivi. [ ] nel caso di murature fuori piombo, anche se perentorie necessità ne suggeriscono la demolizione e la ricostruzione, va preliminarmente esaminata e tentata la possibilità di raddrizzamento senza sostituire le murature originarie». «Le sostituzioni e le eventuali integrazioni di paramenti murari, ove necessario e sempre nei limiti più ristretti, dovranno essere distinguibili dagli elementi originari, differenziando i materiali o le superfici di nuovo impiego; ma in genere appare preferibile operare lungo la periferia dell integrazione con un chiaro e persistente segno continuo a testimonianza dei limiti dell intervento. Ciò potrà ottenersi con laminetta di metallo idonea, con una continua serie di sottili frammenti di laterizi o con solchi visibilmente più larghi e profondi, secondo i diversi casi». Rispetto dell autenticità materiale degli elementi costruttivi Riconoscibilità
Attuali tendenze metodologiche (1). Conservazione dei materiali esistenti e dei segni del loro passaggio nel tempo. L attuale cultura del restauro mette in primo piano la necessità di conservare la fabbrica nella sua consistenza materica e quindi di ridurre al minimo le perdite e sostituzioni. Inoltre si ritiene che elementi i quali possono essere considerati come forme di degrado (deformazioni, quadri fessurativi e interventi di consolidamento antichi) del manufatto architettonico forniscano informazioni importantissime sulla storia del comportamento strutturale dello edificio e vadano quindi mantenute.
Attuali tendenze metodologiche (2). Minimo intervento. In base al principio del minimo intervento si richiede che la struttura sia alterata il meno possibile. Per raggiungere questo fine rendendolo compatibile con quello della sicurezza è necessario raggiungere un elevato livello di conoscenza della struttura su cui intervenire, in modo da poter intervenire solo dove serve e con interventi calibrati. «Il concetto di limitare i lavori di rinforzo al minimo necessario porta ad utilizzare gli schemi di risorsa formatisi nella statica dell edificio senza alterarli; trattasi di stati di equilibrio con cui la fabbrica si è spontaneamente difesa, ma che durano da secoli per il contrasto e la solidarietà delle strutture murarie; il turbarli e l avviare un diverso sistema di azioni porta talvolta alla necessità di rifare tutto» (GUSTAVO GIOVANNONI)
Attuali tendenze metodologiche (3). Minimo intervento. Intervento calibrato sulle reali esigenze di sicurezza strutturale Intervento invasivo e sovradimensionato
Attuali tendenze metodologiche (4). Durabilità, ripetibilità, reversibilità dell intervento. Ad ogni intervento di restauro e consolidamento è richiesta un elevata durabilità e manutenibilità, ovvero la possibilità di tenere sotto controllo e migliorare l efficienza del dispositivo di consolidamento (p.e. ripetendo tutte quelle operazioni che inducono stati coattivi che tendono ad annullarsi nel tempo per effetto di fenomeni di viscosità). La reversibilità è un concetto astratto e non concretamente raggiungibile; è però un limite a cui tendere per consentire eventualmente di eliminare un intervento di concezione errata o superata e sostituirlo con più adeguato. Efficacia degli interventi nel tempo Possibilità di sostituire le aggiunte con altre soluzioni tecniche Questi obiettivi vengono raggiunti più facilmente realizzando collegamenti puntuali tra struttura esistente ed elementi aggiunti e consentendo la ispezionabilità di questi ultimi. Sotto questo aspetto quindi i collegamenti meccanici (viti, barre, staffe, etc.) risultano preferibili a quelli chimici (adesivi, collanti, conglomerati). Si preferiscono collegamenti puntuali e si adottano soluzioni che consentono l ispezione e la regolazione
Attuali tendenze metodologiche (5). Durabilità, ripetibilità, reversibilità dell intervento. La presenza di dadi regolabili o tenditori consente di verificare lo stato di sollecitazione dell elemento ed eventualmente modificarlo
TIPOLOGIE DI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO (1) CONSOLIDAMENTO ATTIVO: L elemento collabora da subito al comportamento statico della struttura consolidata. CONSOLIDAMENTO PASSIVO: L elemento aggiunto entra in funzione solo in presenza di un incremento delle azioni o decremento delle resistenze. CONSOLIDAMENTO RESTITUTIVO: L intervento tende a riportare l elemento o il sistema strutturale ad uno stato di efficienza strutturale perduto. CONSOLIDAMENTO SOSTITUTIVO: Si inserisce nell edificio un nuovo elemento o sistema strutturale che sopperisce alle carenze di quello esistente privandolo delle sue funzioni statiche.
TIPOLOGIE DI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO (2) Lo stesso elemento costruttivo può talvolta costituire un intervento di consolidamento passivo, attivo, restitutivo o sostitutivo a seconda della filosofia che ha governato il progetto e degli accorgimenti tecnici che lo hanno caratterizzato. ESEMPIO: Un portale ad arco con un tirante esistente nella quale viene inserito un nuovo tirante. Tirante in trazione: C. ATTIVO Tirante non in trazione: C. PASSIVO Il nuovo tirante sopperisce al decremento di resistenza di quello vecchio: C. RESTITUTIVO Il nuovo tirante sostituisce il vecchio o si prende carico interamente della spinta: C. SOSTITUTIVO
CONSOLIDAMENTO DEGLI ARCHI Lo studio del meccanismo di collasso dell arco e delle azioni che lo causano forniscono le basi per il dimensionamento e la verifica degli interventi di consolidamento. Il collasso dell arco avviene di norma per rotazione dei piedritti causata da un spinta non adeguatamente contrastata. Per opporsi al meccanismo individuato si può operare in differenti modi: 1. Incrementare il braccio del momento stabilizzante inserendo uno sperone murario o contrafforte; 2. Incrementare la forza stabilizzante aumentando la massa del piedritto con uno sperone murario o aggiungendo un carico in sommità; 3. Riducendo il momento ribaltante opponendo alla spinta orizzontale dell arco una controspinta data da un tirante o da un arco rampante. Meccanismo flessionale di collasso di un arco (Coulomb e Mascheroni)
CONSOLIDAMENTO DELLE VOLTE (1) Per il consolidamento delle volte si può operare: 1. Riducendo i carichi agenti su di essa (specialmente in ambito sismico) con la rimozione di riempimenti pesanti ed incoerenti e sostituendoli con rinfianchi cellulari (frenelli e tavelloni) o rinfianchi coerenti in calcestruzzo alleggerito; 2. Vincolando le deformazioni estradossali con frenelli o rinfianchi alleggeriti; 3. Aumentando lo spessore della volta con una cappa in calcestruzzo armato (adeguatamente vincolata alla volta sottostante); 4. Impedendo lo spostamento dei muri d ambito (che favorisce la depressione delle volte) con l inserimento di tiranti. 5. Nel caso di cupole, disponendo delle catene di cerchiatura in corrispondenza dei paralleli dove si sviluppano gli sforzi di trazione.
CONSOLIDAMENTO DELLE VOLTE (2) L utilizzo di frenelli (muricci estradossali) in muratura di mattoni pieni consente di ridurre le masse (e quindi le sollecitazioni statiche e sismiche) e di vincolare la deformazione delle volta. In corrispondenza di alcuni dei frenelli possono essere collocati dei tiranti. Gli spazi vuoti al di sopra della volta possono essere inoltre sfruttati per l inserimento degli impianti. (immagine tratta da: FRANCESCO GURRIERI, Manuale per la riabilitazione e ricostruzione postsismica degli edifici, DEI Tipografia del Genio Civile, Roma, 1999)
CONSOLIDAMENTO DELLE VOLTE (3) Per prevenire gli spostamenti dei muri d ambito, che favoriscono la depressione della volta, si può fare ricorso alla disposizione di tiranti (incrociati o paralleli ai muri). Particolare del capochiave esterno alla muratura realizzato con profilo a C
CONSOLIDAMENTO DELLE VOLTE (4) Nelle cupole al di sotto di una certa altezza si sviluppano degli sforzi di trazione in direzione tangenziale. È quindi spesso opportuno fare ricorso a tiranti che seguono il tracciato dei paralleli della cupola e che hanno il compito di assorbire gli sforzi di trazione cui la muratura non è in grado di resistere.