Proseguendo nel percorso di conoscenza dei nuovi sistemi di rinforzo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix), in questo articolo parleremo della loro applicazione per il confinamento di pilastri, necessario quando sollecitati da sforzi di compressione oltre il loro limite di resistenza.
Il fenomeno dello schiacciamento risulta molto pericoloso (Fig. 1), soprattutto per elementi snelli in muratura, e richiede pertanto un immediato intervento di rinforzo per evitare collassi di tipo fragile. Anche in questo caso i nuovi sistemi di rinforzo FRCM possono rappresentare una valida alternativa alle tradizionali tecniche di intervento.
La necessità di confinare un pilastro deriva spesso da problemi di degrado delle malte e dei mattoni, laddove la resistenza a compressione dell’elemento risulta decaduta e non più compatibile a garantire la sicurezza nei confronti dei carichi verticali (Fig. 2).
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Oppure per esigenze di cambio di destinazione d’uso o di miglioramento sismico della struttura, dalle quali derivano sollecitazioni progettuali aggiuntive che devono essere sopportate dal pilastro.
I moderni sistemi in FRCM sono costituiti da reti di vari materiali (vetro alcali-resistente, basalto, carbonio) o da fasce con trefoli in acciaio a elevata resistenza, inglobati all’interno di matrici inorganiche, quindi malte a base di calce o cementizie.
Si differenziano dalle più conosciute fasce FRP (Fiber Reinforced Polymers) perché la loro applicazione avviene mediante l’uso di tradizionali malte e non con resine organiche, garantendo perciò una migliore compatibilità nell’applicazione su edifici storici in muratura.
Vediamo nello specifico come è possibile utilizzare tali sistemi per il confinamento dei pilastri murari.
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Come raggiungere l’effetto di confinamento
Tradizionalmente la tecnica di rinforzo per contrastare lo spanciamento di un pilastro murario ha riguardato l’applicazione di protesi angolari e calastrelli in acciaio, eventualmente collegati trasversalmente da tirantini antiespulsivi (Fig. 3a). L’intervento offre il vantaggio della reversibilità, requisito importante nel campo dei beni architettonici.
Tuttavia, a differenza delle sezioni circolari, la cerchiatura per sezioni quadrate o rettangolari offre minore contrasto, localizzato solo in corrispondenza degli spigoli ma decrescente nella parte centrale dei lati per effetto della forma geometrica della sezione di pilastro che non garantisce lo stesso effetto di confinamento lungo tutto il perimetro (Fig. 3b). Non essendo capaci di resistere ad apprezzabili sforzi flessionali, le cerchiature non esercitano alcuna azione di ritegno della muratura nelle zone intermedie.
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Questo inconveniente può essere rimediato con l’inserimento di appositi tirantini antiespulsivi, pretesi a caldo, disposti nei due sensi ed intervallati nelle zone lasciate libere dalle cerchiature (Fig. 3c).
Il successivo raffreddamento provocherà la contrazione del tirantino, esercitando così l’azione di contrasto anche nella parte centrale del pilastro.
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Moderne tecniche di intervento
La sperimentazione dei nuovi materiali compositi ha permesso in questi ultimi anni di ampliare il ventaglio delle proposte tecniche per risolvere il medesimo problema strutturale. Il confinamento di un pilastro può infatti essere raggiunto anche con l’incollaggio delle fasce in FRP attorno al perimetro (Fig. 4), con passo continuo oppure diradato a seconda delle sollecitazioni e delle necessità strutturali.
Le fasce aderiscono e si adattano meglio alla superficie muraria, previa smussatura degli spigoli per favorire l’avvolgimento efficace della fibra. Sussiste ancora la differenza tra spigoli maggiormente confinati e superfici laterali meno contrastate: tuttavia il confinamento può essere migliorato con l’inserimento di corde fioccate nella medesima disposizione dei precedenti tirantini antiespulsivi.
L’evoluzione di tale tecnica confluisce infine nell’applicazione dei nuovi sistemi in FRCM, che offrono il vantaggio di rappresentare un rinforzo a basso spessore (massimo 15 mm di malta come matrice di adesione della rete) senza irrigidire ulteriormente il pilastro, risultando efficaci nel contenere lo spanciamento, aumentare la duttilità dell’elemento e la capacità portante (Fig. 5).
La lunghezza di sovrapposizione della rete è consigliata per almeno un quarto della circonferenza/perimetro della sezione trasversale e comunque per non meno di 300 mm, previa smussatura degli spigoli per evitare strappi della rete.
Le norme CRN 215/2018, che descrivono i passaggi analitici di verifica, suggeriscono di prestare attenzione nel caso di sezioni rettangolari con un rapporto b/h >2 in quanto l’efficacia del confinamento potrebbe essere scarsa (Fig. 6).
Tuttavia anche in questo caso il rinforzo può migliorare con l’inghisaggio di corde delle stesso materiale della rete (Fig. 5) per contrastare più efficaciemente lo spanciamento laterale della sezione.
I sistemi di rinforzo FRCM si distinguono per la loro adattabilità ad ogni superficie e contesto, e rappresentano una valida soluzione soprattutto quando ci sia necessità di diffondere il rinforzo su una superficie muraria più estesa possibile, senza irrigidire eccessivamente la struttura.
Il dimensionamento dei sistemi FRCM deve avvenire secondo la specifica norma tecnica CNR DT 215/2018 «Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati a Matrice Inorganica».
Così come l’utilizzo deve essere sottoposto a procedure di accettazione, validazione e prove di cantiere come meglio descritto nelle LG CSLP 08/01/2019 «Linee guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice inorganica (FRCM) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti», dove sono descritte anche le procedure di qualificazione per l’emissione delle obbligatore Certificazioni di Valutazione Tecnica (CVT) da parte del produttore, senza le quali i materiali non possono essere utilizzati.
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