Per il consolidamento strutturale delle volte a botte all'estradosso esistono metodi di intervento classici e altri più innovativi. Ecco le principali tecniche e la soluzione più efficace
Le volte a botte sono tra gli elementi architettonici maggiormente soggetti a fenomeni di degrado causati da eventi sismici e cedimenti strutturali. Si tratta di una caratteristica comune a tutti le strutture ad arco: seppur ben realizzate, i materiali di cui sono composte sono soggetti infatti a compressione.
Le tecniche di consolidamento strutturale delle volte a botte sono diverse. Esistono metodi di intervento classici e altri più innovativi da eseguire all'intradosso o all'estradosso.
In quest'occasione passeremo in rassegna i rinforzi all'estradosso ed evidenzieremo alcune tra le tecniche tradizionali e innovative più utilizzate. Infine indicheremo quella che per noi rappresenta la scelta più efficace.
Volte a botte: meccanismi di collasso
La diversa conformazione delle volte a botte, assieme alle caratteristiche del materiale di cui sono costituite, influenza il comportamento della volte stesse e il loro modo di interagire con gli elementi strutturali circostanti, sia in normali condizioni di esercizio che sotto azione sismica.
Le condizioni che determinano lo stato di crisi in una volta a botte, nel piano della sezione trasversale, si generano quando si ha la formazione di almeno quattro cerniere plastiche che producono condizioni di depressione o innalzamento della chiave.
Molti di questi meccanismi di collasso possono essere scongiurati attraverso interventi mirati sia alla limitazione dei movimenti relativi fra i piedritti, mediante inserimento di catene o con un corretto ammorsamento con le murature ortogonali, che attraverso interventi sulle volte finalizzati a:
- incrementare la capacità di ripartizione delle azioni orizzontali;
- incrementare la capacità portante nei confronti dei carichi verticali.
Quest'ultimo aspetto risulta essere particolarmente rilevante nelle volte in laterizio in foglio dove le capacità elencate risultano essere carenti per via della morfologia stessa della volta.
Un metodo classico per le volte a botte: la cappa armata
L'intervento più classico di rinforzo di una volta a botte consiste nella realizzazione di una cappa armata collaborante connessa alla muratura. La diffusione di questa tecnica deriva dal fatto che sia sempre stata considerata come quella più rapida e semplice da realizzare.
La cappa armata prevede l'impiego di una rete metallica all'interno di una soletta in calcestruzzo gettata in opera. Essa apporta un aumento di resistenza e di massa alla sezione resistente della volta che lavora principalmente a compressione.
L'aumento di massa della cappa armata può rappresentare tuttavia un aspetto negativo. Le volte a botte in foglio per esempio, dato il loro limitato spessore, non devono essere caricate in maniera eccessiva perché un aumento di massa provocherebbe un incremento delle sollecitazioni con conseguente possibilità di fessurazioni.
Un'altra problematica della cappa armata è legata alla difficoltà nella maggior parte dei casi di conseguire un'effettiva collaborazione fra la cappa stessa e la volta mediante l’inserimento di connettori. Spesso infatti risulta difficile realizzare perforazioni all'estradosso per l'inserimento e l'inghisaggio di connettori metallici. Ciò vale soprattutto in presenza di affreschi all’intradosso e su volte di spessore ridotto.
Insomma, le cappe armate hanno una serie di limiti che non le rendono in molti casi la scelta più indicata. E' opportuno quindi valutare altre soluzioni scegliendo tra quelle meno invasive per la struttura da consolidare. Passiamo dunque ai metodi più innovativi.
Volte a botte: tecniche di consolidamento innovative
Per il consolidamento delle volte a botte all'estradosso, in alternativa alle cappe armate, è possibile optare per soluzioni più leggere e tecniche più innovative.
Tra i sistemi che rientrano in questa categoria ci sono le reti strutturali in fibra di vetro per realizzare cappe collaboranti usando malte a base calce oppure i tessuti in fibra di carbonio per aumentare le capacità resistenti e di comportamento d'insieme. Vediamo entrambe le soluzioni.
Consolidamento delle volte con reti in fibra di vetro
L'utilizzo di malta a base calce (Tectoria M15) e rete strutturale in fibra di vetro (Kimitech WALLMESH), permette di realizzare cappe collaboranti che, rispetto a quelle di tipo tradizionali, godono di due principali vantaggi:
- sono più leggere, visto che si possono realizzare spessori inferiori;
- garantiscono una maggiore traspirabilità delle strutture murarie.
La rete in fibra di vetro alcali resistente, al posto della classica rete elettrosaldata, non è soggetta a corrosione e grazie alla sua leggerezza e flessibilità può essere piegata in modo da seguire le curvature e le eventuali discontinuità della superficie.
In ogni caso, questo sistema di rinforzo prevede l’inserimento di connettori tra la cappa e il supporto, per consentire la collaborazione tra il rinforzo e la volta. Realizzare perforazioni su volte a basso spessore per l’inserimento di sistemi di connessione però non è di semplice esecuzione. Per questo l’impiego della rete può essere sostituito da altri sistemi, come i rinforzi FRP.
Consolidamento delle volte con tessuti in fibra di carbonio
I rinforzi con materiali compositi in fibra di carbonio permettono di incrementare la resistenza delle volte applicando fasciature sia all’intradosso che all’estradosso.
Di frequente, per questa tipologia costruttiva è richiesto l’intervento dall’estradosso quando le volte in mattoni devono essere lasciate a vista per mantenere il loro aspetto estetico e non alterare l’intradosso.
Il rinforzo con FRP in fibra di carbonio Kimitech CB prevede l’applicazione di fasciature secondo la generatrice della volta, con la funzione di resistere agli sforzi di trazione prodotti sull’estradosso della sezione della volta stessa.
Inoltre vengono disposte delle fasciature ortogonali, secondo la direttrice della volta. In questo modo è possibile ridistribuire gli sforzi che assorbono le singole fasciature, creando una maglia di ripartizione che garantisce una maggiore omogeneità del sistema di rinforzo su tutta la superficie.
Come ultima fase di intervento si predispongono infine delle connessioni perimetrali, con dei connettori a fiocco (Kimitech FIOCCO CB), per il collegamento delle fasce alle murature perimetrali.
Consolidamento delle volte con Limepor COCCIOFORTE
Tra le le metodologie innovative, un modo alternativo ai sistemi precedenti è quello di realizzare una cappa collaborante in basso spessore e a ridotto incremento di carico mediante un sistema chiamato "Limepor COCCIOFORTE". Tale sistema è a nostro parere quello più indicato per il consolidamento all'estradosso di volte a botte. Vediamo nel dettaglio cos'è e perché.
L’applicazione di Limepor COCCIOFORTE avviene miscelando in betoniera la matrice organica con l’inerte composto da un mix di aggregati di colore "cocciopesto". Si ottiene così un sistema tricomponente applicabile anche su supporti dipinti all'intradosso dato che non impiega malte che possano rilasciare acqua.
Con questo tipo di sistema non sono necessarie connessioni diffuse da realizzare sulla superficie poiché viene applicato in adesione al supporto. Si ottiene così un ponte adesivo costituito dalla stessa matrice organica impiegata per la miscelazione del composto. La cappa viene quindi semplicemente connessa ai muri perimetrali.
Un altro aspetto da considerare è che Limepor COCCIOFORTE resiste a compressione, a flessione e a trazione, dunque non è indispensabile posizionare reti metalliche e inghisare i relativi connettori. Di conseguenza, in fase di progetto si potrà considerare una sezione resistente composta dallo spessore della volta incrementato da quello di Limepor COCCIOFORTE.
Oltre all’aumento della sezione si può considerare all’estradosso della sezione, la resistenza del sistema, sia a trazione che a compressione. Grazie alla forte adesione garantita dalla resina utilizzata per la creazione del ponte adesivo, il comportamento della sezione rinforzata continuerà a rispettare l’ipotesi di conservazione delle sezioni piane e nella sezione si continuerà ad avere una distribuzione lineare delle deformazioni.
Come alternativa al sistema di rinforzo con cappa continua è possibile realizzare invece nervature di irrigidimento con estrema semplicità. In questo modo il rinforzo non sarà di tipo diffuso, ma concentrato su delle fasce in cui verrà realizzato l’ispessimento della sezione.
Questa seconda scelta progettuale prevede spessori delle nervature superiori rispetto allo spessore realizzabile con una cappa continua. Tale procedimento di conseguenza potrà essere applicato dove le quote per la realizzazione del riempimento e della successiva pavimentazione possano consentire l’utilizzo di un sistema a più alto spessore.
PER APPROFONDIRE: Cappe collaboranti con Limepor COCCIOFORTE
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Ing. Stefano Agnetti, Responsabile Ufficio Tecnico Kimia
Ingegnere civile laureato a Perugia nel 2010 e PhD. in ingegneria civile e materiali innovativi. In Kimia mi occupo di restauro e recupero edilizio. Mi piace viaggiare, sperimentare in cucina e sono un amante degli animali. Questo è il mio profilo Linkedin