Laboratorio di Costruzione dell architettura
Da circa 20 anni l utilizzo dei materiali compositi nel consolidamento degli edifici in muratura è aumentato notevolmente, sia per le ottime prestazioni offerte sia per l abbassamento dei costi dovuto ad una maggiore domanda. Compositi a matrice polimerica (FRP) o cementizia (SRG Fiber Reinforced Grout, ossia materiale inorganico fibrorinforzato.). Le applicazioni in caso di interventi su edifici in muratura sono molteplici. Si possono utilizzare sia per incrementare la resistenza di un pannello murario: - nel piano (contribuiscono ad aumentare la resistenza sia a flessione che a taglio) - fuori piano (servono a incrementare i coefficienti di sicurezza in molti meccanismi di collasso) VANTAGGI: Peso quasi nullo, elevate proprietà meccaniche, caratteristiche anticorrosive. Conservano anche le caratteristiche estetiche. Interventi reversibili. Il rinforzo in materiale composito viene disposto in modo da essere chiamato in causa solo in caso di sollecitazioni accidentali quali quelle dovute al sisma. Non viene modificato il comportamento della struttura muraria per i carichi ordinari.
I materiali fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP Fiber Reinforced Polymer) a fibre continue hanno un comportamento elastico lineare fino al collasso. Esistono diverse tipologie di fibre in: Vetro Carbonio (fibre di carbonio e matrice polimerica) Aramidiche Metalliche: fibre di acciaio ad altissima resistenza meccanica Possono avere varia morfologia: Nastri o fogli Tessuti (fibre monoassiali, biassiali, quadriassiali) Reti di fibre Lamine o lamelle Le più utilizzate sono le fibre di carbonio a nastri (Circolare 617/2009 punto 8.7.1.8 - CNR-DT 200/2004)
Offrono resistenza a trazione solo nella propria direzione e non resistono né a compressione né a flessione. L aderenza è affidata alla matrice, che è generalmente a base di resine epossidiche (sistemi impregnati in situ) La collaborazione tra struttura e rinforzo è alla base della riuscita dell intervento. Il distacco non avviene per la rottura dell adesivo nell interfaccia ma per il distacco di uno strato sottile del supporto murario (millimetrico). Il distacco dipende dalle tensioni tangenziali che si generano tra supporto e rinforzo. Distacco del composito per delaminazione
Il comportamento della muratura rinforzata con FRP è molto simile a quella di un elemento in c.a., dove le fibre vengono disposte in modo da simulare le armature longitudinali per l incremento della resistenza a flessione e le armature trasversali per l incremento della resistenza a taglio. La resistenza a compressione è affidata solo alla muratura. Analogia tra elemento in muratura-frp ed elemento in c.a.
Resistenza della muratura sul piano. Il composito può essere disposto per incrementare la resistenza a flessione e a taglio. Per quanto riguarda la flessione il composito entra in gioco attraverso la resistenza a trazione degli elementi longitudinali. Mentre per il taglio è possibile considerare il sistema resistente a traliccio isostatico. Resistenza di una fascia di piano consolidata con FRP. Elementi plasticizzati e meccanismo di piano
a) Rottura FRP; b) Rottura della parete ortogonale; c) Rottura per scorrimento Disposizione FRP per il meccanismo a flessione verticale Resistenza della muratura fuori dal piano. Resistenza al meccanismo di ribaltamento semplice Resistenza al meccanismo di flessione verticale di una parete Per incrementare la resistenza di una parete nei confronti del ribaltamento semplice si possono applicare dei nastri di materiale composito in corrispondenza dei solai che avvolgono tutto o in parte l edificio. (Se avvolge tutto l edificio «cerchiatura esterna» - per edifici di piccole dimensioni) Resistenza al meccanismo di ribaltamento semplice. Meccanismo di ribaltamento semplice
Rinforzo a taglio di una parete
Cordolature di sommità miste con acciaio al carbonio Cordolo di sommità in spessore mediante la realizzazione di muratura armata con innovativo sistema SRG (Steel Reinforced Grout) intercalata in strati sottili da rinforzo in acciaio al carbonio ad alta resistenza a base di tessuti metallici, che prevede le seguenti fasi di intervento: Regolarizzazione della muratura sottostante al fine di creare un supporto pulito e lineare, successiva primerizzazione del supporto mediante applicazione di resine epossidiche bicomponenti a bassa viscosità. Applicazione sulla superficie di intervento di un primo strato di matrice inorganica Posa su fresco di nastri in fibra di acciaio unidirezionali, Ulteriore passaggio di miscela, fino a completo affogamento del rinforzo precedentemente posato. Realizzazione di ulteriore mano di muratura in elementi di laterizio e malta al fine di impacchettare il rinforzo. Operazione da eseguirsi in fasi e passaggi multipli per 2 o 3 file di mattoni.
Cordolo in laterizio armato con FRP
Nell analisi di un edificio in muratura è importante sapere se i solai sono flessibili (ad esempio in legno) o rigidi (ad esempio in laterocemento) e se questi sono collegati con cordolature alle pareti. Queste differenze comportano diversi meccanismi di collasso:
Interventi sui solai Irrigidimento - Il ruolo dei solai nel comportamento sismico delle costruzioni in muratura è quello di trasferire le azioni orizzontali alle parete disposte nella direzione parallela al sisma (ai muri di controventamento) poiché i solai deformabili sono totalmente incapaci di ripartire le azioni sismiche. Collegamento orizzontamenti e strutture verticali - I solai devono costituire un vincolo per le pareti sollecitate da azioni ortogonali al proprio piano.
L efficace connessione dei solai di piano e delle coperture alle murature è necessaria per evitare lo sfilamento delle travi, con conseguente crollo del solaio, e può permettere ai solai di svolgere un azione di distribuzione delle forze orizzontali e di contenimento delle pareti. I collegamenti possono essere effettuati in posizioni puntuali, eseguiti ad esempio in carotaggi all interno delle pareti, e allo stesso tempo non devono produrre un disturbo eccessivo ed il danneggiamento della muratura. Nel caso di solai intermedi le teste di travi lignee possono essere ancorate alla muratura tramite : - elementi, metallici o in altro materiale resistente a trazione, ancorati sul paramento opposto. - cordoli in acciaio, realizzati con piatti o profili sui due paramenti, collegati tra loro tramite barre passanti (da evitare cordoli inseriti nello spessore della muratura). Essi forniscono una certa rigidezza flessionale fuori dal piano della parete e ostacolano lo sviluppo di meccanismi di rottura delle fasce sopra porta e sotto finestra (meccanismo tirante-puntone).
Collegamento del solaio ai muri perimetrali mediante tiranti metallici: - Collegati a tutte le travi (per una lunghezza di almeno 80 cm - Collegati al tavolato ogni 1,5-3 metri con tiranti formanti angoli di 45-60 gradi (per una profondità di almeno 1 metro)
Miglioramento del collegamento del solaio in ferro e laterizio ai muri perimetrali Collegamento continuo di tutte le travi mediante l ancoraggio di un profilato ad L al muro con saldatura alle perforazioni armate ad interasse di circa 20 cm ed inclinate a 45 sul piano del muro, alternativamente verso destra e verso sinistra. Le barre vengono saldate al profilato ad L in corrispondenza dei fori preventivamente realizzati.
Aumento della rigidezza dei solai in legno sul proprio piano Irrigidimento solaio in legno mediante sostituzione del tavolato esistente con nuovo tavolato in legno (spessore d almeno 4 cm per una sufficiente rigidezza). Irrigidimento attraverso una seconda orditura del tavolato, disposta ortogonalmente o inclinata rispetto a quella esistente. Irrigidimento con bandelle metalliche o di materiale composito fissati al tavolato con andamento incrociato. Controventatura e irrigidimento mediante tiranti e cravatte all intradosso o all estradosso. Le controventature metalliche orizzontali vengono ancorati o alla muratura o ai cordoli, generalmente realizzato con profilati metallici a C e ad L. Irrigidimento con soletta in c.a. (5 cm) (rete elettrosaldata e cls) con un notevole incremento della rigidezza sul piano ed un incremento delle masse dell edificio. Il peso delle soletta sulle travi del solaio ne riduce i margini di sicurezza. Se la soletta viene solidarizzata con le travi con pioli diventa collaborante ai fini statici può incrementare i margini di sicurezza del solaio.
Irrigidimento solaio in legno mediante sovrapposizione di nuovo tavolato sul tavolato esistente
Collegamento del solaio ai muri perimetrali mediante tiranti metallici collegamento tra solai contigui.
I tiranti metallici possono essere dei ferri piatti di almeno 5mm di spessore e larghezza di almeno 50 mm. Si praticano forature nei muri per il passaggio del tirante.
Irrigidimento solaio in legno mediante sovrapposizione di soletta in c.a.
L inserimento di un cordolo in c.a. è sconsigliato poiché in presenza di azioni sismiche il nuovo solaio spinge sul paramento esterno causandone l espulsione
Consolidamento con soletta in c.a. con rete elettrosaldata 6 mm maglia 20x20. La soletta in c.a. è collegata alle pareti attraverso delle perforazioni armate di22mm poste a distanza di circa 60 cm. Prima di inserire la barra di acciaio il foro viene riempito con resina epossidica (tempo maturazione 10 minuti). Perimetralmente al solaio si realizza un cordolo formato da un angolare (L 60x60x5) forato in corrispondenza delle barre delle perforazioni per la saldatura con queste ultime. Le travi principali sono state ancorate alla muratura per 30 cm. Una serie di connettori in acciaio collegano le travi principali e la soletta consentendo la collaborazione tra le parti.
Consolidamento con soletta in c.a. di un solaio in profilati in ferro e voltine. Viene rimosso il pavimento e tutto il materiale di riempimento per arrivare all estradosso delle voltine. Si inserire un armatura di 8 mm sagomata che segue l andamento delle voltine. Al di sopra delle travi vengono saldati dei connettori di acciaio per il collegamento con la soletta in c.a. a sua volta collegata alla muratura con un cordolo in acciaio ad L (120x80x10 mm)
Consolidamento con soletta in c.a. di un solaio in profilati in ferro e tavelle. Viene rimosso il pavimento e tutto il materiale fino arrivare all ala superiore delle travi cui vengono saldati dei connettori ad interasse di 50 cm previa collocazione della rete elettrosaldata della soletta, collegata a sua volta alla muratura attraverso perforazioni armate (barre 18 mm, lunghezza di ¾ dello spessore ed inclinate a 45 ). Ulteriori ferri collegano la soletta in c.a con l intonaco armato.
Ulteriori ferri collegano la soletta in c.a. con l intonaco armato, anche grazie alla ripiegatura di detti ferri all interno dell intonaco armato esterno.
Consolidamento con soletta in c.a. di un solaio in profilati in ferro e tavelle.
Controventamento di una copertura con struttura portante costituita da imponenti capriate di legno con funi e tenditori legati a piastre vincolate alle murature
Vincoli tra gli elementi portanti di una copertura di legno e con le murature
Cordoli di sommità ottenuti con fasce di acciaio ancorate alle murature portanti
Solai di piano terra Soletta in c.a. di 15 cm posta a contatto con il terreno che oltre ad avere il compito di formare un primo diaframma per la coibentazione del piano di calpestio costituisce un vero e proprio sistema di collegamento di base al perimetro murario portante. Per il collegamento sono state eseguite delle perforazioni 24 mm armate con barre di acciaio nervato 20 mm poste lungo il perimetro ad interasse di 60 cm. Gli ancoraggi della soletta alla struttura muraria hanno una lunghezza pari a ¾ dello spessore della muratura. L armatura della soletta è composta da una doppia rete elettrosaldata di 6 mm a maglia 15x15. L isolamento è realizzato attraverso un areazione tramite casseri a perdere di plastica alti 20 cm. Una seconda soletta in c.a. è realizzata sui casseri. La coibentazione è realizzata con lastre di polistirene espanso. Sotto il pavimento ed il relativo massetto degli impianti è posto uno strato di teli di geotessile.