Il consolidamento delle murature

Il recupero del patrimonio immobiliare esistente, costituito prevalentemente da vecchi fabbricati, richiede l'impiego di materiali e tecnologie edilizie studiati per risolvere problemi specifici riguardanti le murature e le strutture in genere. Numerosi interventi si sviluppano attraverso operazioni di rinforzo strutturale di volte e murature. In un mercato dove spesso più prodotti e tipologie costruttive assolvono in maniera analoga al compito, è indispensabile per l’impresa conoscere le diverse alternative in modo da compiere scelte efficaci.
Il patrimonio edile italiano è ricco di edifici composti da murature portanti in mattoni, archi e volte murarie. Ciònonostante, a fronte di apparenti semplici impostazioni teoriche con logiche strutturali comuni ai diversi edifici, si riscontrano negli stati di fatto numerose varianti e adattamenti “tipici” del luogo e/o del periodo temporale di costruzione dell’opera originale. Vi è sul territorio italiano una realtà edile che risulta più volte un “mix” di tecniche e tecnologie costruttive, e spesso ogni caso che l’impresa di costruzione affronta costituisce un nuovo problema con cui confrontarsi. 
Ecco dunque che a volte ci si imbatte in murature di mattoni pieni semplici, murature a secco, murature miste di mattoni e acciottolati, in pietra o tufo, murature di mattoni a corsi semplici o viceversa a corsi multipli incrociati; guardando poi gli impalcati vi sono dall’altra parte volte murarie a botte composte da un unico corso di mattoni, volte con contrafforti e/o rinforzi murari aggiuntivi interni, archi semplici, a sesto acuto, con alleggerimenti incoerenti di sabbia, di laterizi, con catene metalliche di rinforzo realizzate nei secoli precedenti e altre varianti ancora. Non esiste per cui, mai una soluzione di rinforzo strutturale univoca, idonea e coerente per tutti i casi di studio: ogni soluzione ha i suoi vantaggi, i suoi pregi, ma anche dei difetti o dei limiti applicativi. L’impresa di costruzione, in sinergia con i progettisti, deve quindi compiere più volte ripensamenti e valutazioni aggiuntive sull’intervento a seconda di quello che realmente in cantiere viene rinvenuto in opera durante l’esecuzione dei lavori. Nella scelta degli interventi di consolidamentonon si può prescindere da un'analisi qualitativa complessiva delle caratteristiche delle parti strutturali e delle parti non strutturali pericolose e del danneggiamento presente, per impostare un progetto di riparazione e rafforzamento locale volto ad eliminare o ridurre drasticamente le debolezze e le carenze che possano compromettere un corretto comportamento d'insieme della struttura. 
Quando si parla di strutture in muratura si evidenzia in primo luogo l’importanza di una fase iniziale di rilievo:  
- delle caratteristiche materiche e stratigrafiche degli elementi tecnici; 
- dell’eventuale quadro fessurativo; 
- degli schemi portanti con cui è impostata la costruzione; 
- del livello di consistenza e ammorsamento delle singole murature e tra i diversi setti murari. 
Ciò premesso, si analizzano a seguire le principali strategie edili di rinforzo effettuabili in cantiere. Si evidenzia ovviamente che sul mercato vi possono essere prodotti che assolvono contemporaneamente a più concetti teorici. 
Gli obiettivi dell’intervento  
La scelta tra le diverse tecnologie applicative di intervento deve essere svolta in funzione di chiari obiettivi da perseguire. Di seguito si elencano i principali obiettivi:  
• conferire nuovamente consistenza ai singoli elementi murari portanti: la presenza di setti verticali di ampie dimensioni non è condizione necessaria e sufficiente per garantire l’adeguato livello di sicurezza strutturale richiesto a tutta la costruzione. Al di là dei risultati di analisi teoriche magari anche positive, nella realtà delle ristrutturazioni non è raro imbattersi in murature che “ad occhio nudo” (dopo aver eliminato l’intonaco) presentano parti “incoerenti” con situazioni miste di mattoni/pietre, vuoti interni casuali, assenza di adeguata malta di collegamento tra i diversi corsi, fessure più o meno evidenti diffuse. Il problema non è esclusivamente di natura statica, ma prevalentemente di sicurezza contro azioni vibratorie (da quelle più “ordinarie” a quelle eccezionali di un sisma): deve essere assolutamente evitato il “disgregamento” murario anche in presenza di carichi modesti; 
 • aumentare la capacità portante degli elementi strutturali: indipendentemente dallo stato di conservazione della muratura i nuovi usi moderni della costruzione con coefficienti di sicurezza più consoni e/o elevati (sia in confronto a sollecitazioni statiche che dinamiche) può portare alla necessità di rinforzare il singolo setto o pilastro portante di mattoni/pietra, sia in termini di resistenza verticale, ma anche in termini di rigidezza;  
• ricreare l’effetto scatolare della costruzione: in presenza di azioni oscillatorie sulla costruzione e/o di terreno che nel corso dei decenni ha aperto come con un “carciofo” l’edificio nel suo complesso è importante ricreare un adeguato e diffuso ammorsamento tra le diverse pareti ortogonali (sia di facciata che centrali) e tra le pareti e gli impalcati orizzontali. Ciò premesso si presentano al lettore, in un breve ma intenso excursus panoramico, le principali strategie operative di cantiere con cui perseguire i sopra citati obiettivi.  

- Consolidamento con iniezioni di boiacca nel componente murario  
Le iniezione per il consolidamento delle murature permettono di omogeneizzare il comportamento del paramento murario andando a saturarne le cavità ed innalzando di conseguenza la resistenza a taglio e compressione. Essenzialmente vengono effettuati dei fori nella muratura con appositi attrezzi perforanti e, previa pulizia per togliere la polvere, si procede ad iniettare la boiacca, ovvero una malta con legante idraulico addizionata con abbondante acqua in modo da ottenere una miscela molto fluida, partendo dal basso verso l’alto. L’adozione di iniezioni di miscele leganti mira al miglioramento delle caratteristiche meccaniche della muratura da consolidare. 
A tale tecnica, pertanto, non può essere affidato il compito di realizzare efficaci ammorsature tra i muri e quindi di migliorare, se applicata da sola, il comportamento d’ insieme della costruzione. Ad intasamento dei diversi vuoti della muratura la boiacca fuoriesce dai fori superiori e lentamente si raggiunge l’omogeneità (questo avviene soprattutto se si impiega un prodotto sufficientemente fluido e nel contempo dotato di un basso valore di ritiro). Fondamentale risulta l’impiego di un prodotto commerciale da iniezione compatibile chimicamente con le caratteristiche saline della muratura. Altresì andranno effettuate verifiche di compatibilità tra i diversi materiali in termini di dilatazione termica. 
La boiacca deve essere compatibile con le caratteristiche fisico-chimiche della muratura anche per quanto riguarda il comportamento non gelivo del prodotto, il modulo di elasticità che deve essere pari a circa quello della muratura e la resistenza a fenomeni di eccessivo ritiro. In tal senso si invitano le imprese di costruzione ad impiegare esclusivamente prodotti debitamente certificati per detta funzione e non generiche boiacche improvvisate in cantiere. Ovviamente importante risulta la fase di collaudo del lavoro svolto, visto e considerando che una corretta procedura cantieristica ha un peso preponderante rispetto ad analisi teoriche. Il risultato può essere verificato attraverso: 
- prelievo con micro carotaggi di porzioni della muratura e verifica a compressione (in laboratorio) del campione di muratura così ottenuto; 
- esecuzione di prove soniche da effettuarsi prima e post intervento, così da ottenere un riscontro dell’omogeneità dell’intervento; in tale direzione è infatti noto che le onde acustiche viaggiano con diversa velocità a seconda della presenza o assenza di vuoti e così si riesce ad ottenere valutazioni oggettive sufficientemente affidabili del lavoro svolto.  
- Le cuciture armate 
L’idea di fondo è quella di ottenere una muratura armata, dove cioè l’adesione inizialmente mediocre tra i mattoni viene resa più consona in termini di resistenza e comportamento biassiale globale della muratura attraverso l’introduzione di apposite barre metalliche filettate all’interno della stratigrafia. Le finalità di questo tipo di intervento sono oltre a un incremento della resistenza a compressione ed a trazione della muratura e di resistenza al taglio, anche un’ammorsatura delle pareti murarie, una realizzazione convenzionale di cordoli di piano, una cucitura di elementi sconnessi e una sarcitura di lesioni significative. Gli interventi con cuciture armate hanno ovviamente efficacia se si ha l’accortezza di non inserire le barre ortogonalmente all’asse murario, bensì secondo logiche di formazione di un reticolo incrociato trasversalmente impostato nelle due direzioni. 
Ciò consente alla muratura di distribuire su diverse porzioni murarie attigue anche azioni sollecitanti concentrate. In tale direzione le tecnologie operative proposte dal mercato sono varie e diversificate e presentano in tal senso diversi costi, ma anche livelli prestazionali finali, la cui qualità può essere anche ottima. 
Si citano quindi i principali diversi inserti più frequenti: 
- barre metalliche ad aderenza migliorata con avvolgimento semplice in resina iniettata; 
- barre metalliche filettate in acciaio inox con avvolgimento semplice sempre in resina; 
- barre in materiale sintetico abbinate a resine analoghe; 
- fibre di carbonio; 
- fibre polimeriche; 
- ancore in acciaio avvolte con calza in tessuto di poliestere con iniezione di malte consolidanti. 
Le operazioni di cantiere sono abbastanza semplici: si procede con una prima perforazione di lunghezza adeguata e si pulisce il foro dalla polvere; in seguito, a seconda del prodotto commerciale, si esegue l’iniezione di un’apposita resina e/o malta espansiva e si procede ad introdurre la barra filettata attraverso un’adeguata rotazione così da consentire alla resina di avvolgere in maniera uniforme la barra stessa, oppure alternativamente si fa l’operazione inversa: si posiziona la barra avvolta in un’apposita calza e poi si eseguono microiniezioni nella medesima (generando così una connessione uniforme della barra con la muratura attorno al foro).  
- Irrigidimenti a sandwich in calcestruzzo armato 
Una muratura portante poco consistente, caricata con un carico statico verticale anche modesto, può assumere all’interno dello schema strutturale portante dell’edificio un ruolo importante in presenza delle azioni orizzontali tipiche del sisma. Trattandosi spesso di un elemento tecnico centrale alla costruzione con rigidezza nettamente superiore a quello di pilastri murari o pareti di facciata dotati di ampie finestre, tale muratura diviene di fatto il componente che si assorbe la quantità maggiore di sollecitazione generata in un terremoto. In tale direzione può quindi esserci la necessità di provvedere a fornire alla muratura una resistenza notevolmente superiore. 
La soluzione di aumentare lo spessore della parete da entrambi i lati attraverso la formazione di un sandwich strutturale di rivestimento di spessore 10-15 cm per lato in calcestruzzo armato (inserendo opportuna rete elettrosaldata su ciascun lato) appare, in una logica di facile gestione di cantiere, la prima idea spontanea che può essere proposta in termini risolutivi del problema sismico. Va ovviamente evidenziato che tale soluzione funziona e ha senso se le due gabbie armate, poste sui due lati, sono collegate trasversalmente da un’armatura diffusa passante la muratura con effetto “uncini di collegamento a sandwich”. Ovviamente va evidenziato al lettore che tale soluzione tecnologica, pur essendo una tra le più semplici, è per contro molto invasiva nei confronti della muratura che viene ricoperta per sempre e quindi non in tutti i casi, giustamente, trova il consenso della Sovrintendenza in interventi sul patrimonio storico.  

La logica del rivestimento integrativo strutturale a sandwich della muratura portante con contropareti in c.a. ha sicuramente numerosi vantaggi, in primis la facile attuabilità anche da semplice manovalanza di carpenteria, ma non sempre in cantiere è attuabile l’aumento considerevole in spessore del setto. In tale direzione molto interessanti e pratiche in termini operativi sono le proposte alternative moderne di messa in opera di reti sottili, ma resistenti in fibra di vetro o carbonio (citando le più diffuse) atte a formare non più contropareti portanti, bensì più leggeri “intonaci armati”. Per quanto concerne le scelte progettuali di base di un intervento come questo, con riferimento allo spessore delle lastre, ricerche condotte in ambito accademico hanno evidenziato come il massimo incremento di resistenza della parete si raggiunga quando lo spessore delle lastre è di 3 cm. Per quanto riguarda la maglia della rete elettrosaldata, con la diminuzione della maglia della rete si aumenta la resistenza della parete, che raggiunge il suo valore massimo quando la maglia è di 15 cm. 
Le idee strutturali di fondo rimangono invariate: 
- sfruttare le reti aggiuntive come elementi di contenimento laterale dell’espansione laterale della muratura sotto carico verticale, aumentandone la capacità portante del setto; 
- aggiungere in opera componenti in grado di assorbire azioni di trazione specifiche e locali sulla muratura in presenza di azioni sismiche; 
- aumentare l’ammorsamento reciproco tra due setti ortogonali grazie all’effetto avvolgente delle reti stesse (collegate a formare un corpo unico da elementi passanti diffusi). 
Le reti in fibra così posate, che presentano il vantaggio di non essere soggette a fenomeni di corrosione nel tempo, possono essere poi posate e rivestite con appositi strati sottili di aggrappo e finitura di spessore ridotto a pochi centimetri. In tal senso si parla, a seconda delle esigenze architettoniche, della conformazione più o meno regolare della superficie muraria o di particolari necessità estetiche, di betoncini in calcestruzzo, di malte di rivestimento cementizie o di resine epossidiche, Da sottolineare in tal senso che con questa tecnica ad un aumento di resistenza strutturale non corrisponde un considerevole aumento dei pesi propri degli elementi portanti, considerazione non da poco in una logica di non voler intervenire anche con opportuni rinforzi sulle fondazioni della costruzione. L’intonaco armato offre inoltre un miglioramento meccanico diffuso e omogeneo, a traspirabilità della muratura e una maggiore facilità e velocità di applicazione. 
 - Interventi non invasivi con murature faccia a vista 
La logica teorica del rinforzo diffuso a “sandwich” è, come si è ripetuto più volte, un concetto importante che permette di fornire buone garanzie di sicurezza strutturale anche in presenza di materiali incoerenti o dalla natura geometrica non sempre regolare.Sino a questo punto si sono presentate al lettore tipologie di interventi totalmente coprenti le superfici murarie, in quanto sicuramente meno costose e più veloci in cantiere. 
Ciò nonostante l’esigenza estetica di preservare alla vista dell’utente finale le caratteristiche visivo-morfologiche della muratura stessa vista nel suo complesso spinge l’interesse delle imprese di costruzioni verso altri sistemi magari anche più complessi in termini operativi, ma sicuramente meno invasivi da un punto di vista di risultato finale. A tal fine si segnalano tecnologie di rinforzo a “reticolo”, basate sulla giustapposizione su ciascuna faccia del setto murario in mattoni e/o pietre di una maglia bidirezionale di materiale fibroso adagiata in corrispondenza esclusivamente dei giunti di malta. Il rinforzo a reticolo per murature faccia a vista è particolarmente utilizzato in costruzioni di mattoni, pietra, tufo, misto alle quali conferisce la massima compatibilità al supporto, traspirabilità, reversibilità e un rilevante incremento di resistenza meccanica.Tali maglie vengono collegate al supporto sottostante tramite apposite barre di tenuta posizionate anch’esse nei nodi. La caratteristica principale del rinforzo a reticolo applicabile alla maggior parte delle murature faccia a vista anche irregolari, è quella rinforzare meccanicamente e di integrarsi perfettamente alla struttura senza modificare l’aspetto estetico e lasciando la superficie muraria con la sua tessitura originaria.Ovviamente le maglie di rinforzo (costituite anche in questo caso da materiale non imputrescente e non soggetto a corrosione) possono poi essere ricoperte localmente da strati esigui di malta. Il tale modo si viene a creare un sistema di irrigidimento a reticolo tridimensionale che integra le capacità di resistenza della muratura, soprattutto in un’ottica di resistenza ad azioni di trazione e di ammorsamento reciproco tra diversi componenti portanti.  

 Sempre nell’ottica di realizzare consolidamenti diffusi e sottili, si evidenziano infine le tecniche di intervento che fanno uso di fasciature metalliche con possibilità di comportamento “attivo” nei confronti della muratura da rinforzare. Con il concetto di “attivo” si vuole intendere la possibilità di fornire un pretensionamento alle fasce di rinforzo, andando così ad aumentare notevolmente rispetto ad altri sistemi passivi: 
- la resistenza a compressione della muratura (la cerchiatura laterale imposta si oppone all’espansione laterale della muratura, fenomeno tipico di pilastri e pareti soggetti ad un carico verticale eccessivo); 
- il comportamento solidale tra rinforzo posto in opera in acciaio e muratura da rinforzare. 
Aumentando la compressione laterale in un elemento caricato assialmente si ottiene uno stato di tensione tridimensionale, benefico in termini di carico limite, come ben noto dalla applicazione dei criteri di rottura ai materiali da costruzione. La cerchiatura inoltre presenta indubbi vantaggi nel caso in cui la eterogeneità dei materiali oppure la modifica dei carichi agenti induca tensioni di trazione. Le tecniche di cerchiatura sono molteplici, pur avendo tutte il comune obiettivo del confinamento degli elementi.  
Una prima distinzione può essere condotta in base alla collocazione geometrica della cerchiatura nei confronti delle elemento confinato: la cerchiatura infatti può essere esterna o interna alla struttura. La seconda distinzione si può esprimere in base al materiale utilizzato che spazia dall’acciaio, alla fibre sintetiche, ai materiali compositi a base resinosa o cementizia. Da un punto di vista pratico sulla muratura si procede col realizzare appositi fori diffusi nella muratura all’interno dei quali si predispone appositi piatti metallici a forma di semi-imbuto in grado di distribuire con più efficacia l’azione locale di taglio del nastro metallico in acciaio inox che successivamente, in maniera continua, viene posto in opera e messo in tensione con apposita attrezzatura. Anche in questo caso la formazione di un reticolo a maglia permette di collegare pareti trasversali, andando così a ricreare il famoso “effetto scatolare” d’insieme utile in presenza di eventuali azioni oscillatorie laterali di un sisma. Complessivamente si arriva quindi alla constatazione che il rinforzo di murature portanti di costruzioni tipiche del territorio italiano è possibile in un concetto di preservazione del patrimonio storico senza dover per forza procedere ad operazioni di demolizione e ricostruzione globale dell’edificio. In tale direzione, se tecniche moderne di rinforzo non soddisfano il committente finale, si ricorda sempre l’opportunità attuata da secoli di procedere con lente ma idonee operazioni semplici di “cuci e scuci” delle diverse porzioni di muratura danneggiate o deboli con sostituzione locale di parti incoerenti con mattoni nuovi debitamente ammorsati all’esistente. Tecnica tradizionale, ma sempre efficace nell’ottica di una più coerente sicurezza strutturale.
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