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Come rinforzare le pareti in muratura con i sistemi compositi FRCM?

Rinforzo pannelli in muratura con FRCM

Scopriamo perché i sistemi compositi FRCM sono la scelta più indicata per rinforzare le pareti in muratura e come realizzare un corretto intervento di consolidamento

Il rinforzo delle pareti in muratura è uno degli interventi più importanti e diffusi tra quelli volti a migliorare le prestazioni degli edifici. Questo perché le murature vengono sollecitate sia dalle forze verticali trasmesse dai solai e dalle coperture, che dalle forze orizzontali che agiscono nella direzione del piano e fuori dal loro piano.

Per eseguire il rinforzo strutturale dei pannelli murari possiamo scegliere tra diverse tipologie d'intervento come per esempio le fasciature con sistemi FRP (tessuti in fibra di carbonio combinati con resine) oppure i placcaggi con intonaci armati.

Tra le opzioni disponibili però, la soluzione a nostro parere più indicata è quella di impiegare i compositi "FRCM" ossia i sistemi fibrorinforzati a matrice inorganica a basso spessore.

I sistemi FRCM, a cui abbiamo dedicato un approfondimento, derivano dalla combinazione tra reti o fasce di varia natura (fibra di vetro, basalto o acciaio) inglobati in matrici inorganiche, malte a calce o cementizie, da applicare con uno spessore massimo di 15 mm. Proprio la matrice inorganica è l'elemento che fa la differenza. Sfruttando le caratteristiche di traspirabilità e compatibilità della malta a calce del sistema FRCM con le pareti in muratura si riesce a ottenere infatti un efficace consolidamento senza alterare le condizioni di comfort termoigrometrico. Una condizione questa che va a tutto vantaggio di chi abita o utilizza l'edificio.

Stabilito che i sistemi FRCM siano la soluzione migliore, come si progetta un corretto consolidamento strutturale delle pareti murarie? Per prima cosa occorre conoscere le caratteristiche della muratura stessa e dell'edificio e valutare poi la scelta dell'intervento più adeguato in base alle sollecitazioni agenti. Esistono infatti diverse possibilità.

Pareti in muratura: rinforzo esteso o localizzato?

Per rinforzare i pannelli in muratura mediante FRCM si possono seguire due strade differenti. La prima prevede il ricorso a un rinforzo esteso in cui si agisce sull’intera superficie del pannello murario utilizzando una rete in fibra di vetro o di basalto all’interno di una matrice a calce. La seconda invece prevede un rinforzo più localizzato in cui la scelta sarà quella di impiegare fasce di acciaio inox o galvanizzato di ampiezza sufficiente a contenere la sollecitazione tangenziale all’interfaccia muratura-rinforzo.

In entrambi i casi, come specificato nelle Istruzioni CNR DT 215 del 2018, le verifiche con i sistemi FRCM, vanno eseguite secondo le combinazioni agli Stati Limite Ultimi (SLU). Non vengono richieste invece verifiche agli Stati Limiti di Esercizio (SLE) in quanto interessano la deformabilità. Quest'ultima infatti non varia con il rinforzo eseguito dato che, trattandosi di sistemi a basso spessore, non modificano né la massa né la rigidezza e di conseguenza la deformazione della sezione resistente.

Oltre alle verifiche di rinforzo, nei casi di murature a sacco o comunque con meccaniche scadenti, il consiglio è di eseguire un intervento di miglioramento delle caratteristiche proprie della sezione muraria tramite iniezioni di malta a calce, stilatura profonda e inserimento di malta M15 (come Basic Malta M15/F). Le murature a sacco infatti sono costituite da due pannelli esterni riempiti con materiale che nella maggior parte dei casi risulta avere caratteristiche scadenti. La malta quindi ha la duplice funzione di riempire i vuoti all'interno del materiale di riempimento e migliorare le caratteristiche della sezione resistente.

Sempre sulla base delle Istruzioni CNR DT 215/2018 vediamo di seguito le tipologie di sollecitazione alle quali sono soggetti i maschi murari e come rinforzarli.

Rinforzo edificio in muratura con sistema FRCM

Rinforzo di pareti sollecitate nel proprio piano

Le sollecitazioni di una parete muraria nel proprio piano sono di due tipologie: a taglio e a pressoflessione.

Ai fini del progetto di rinforzo a taglio nel proprio piano, si considera l’area delle fibre disposte parallelamente alla forza di taglio e cioè quelle orizzontali. In ogni caso, per garantirne l’efficacia anche a seguito di fessurazione, nelle Istruzioni CNR DT 215/2018 è consigliato l’ulteriore impiego di fibre disposte ortogonalmente.

La resistenza a taglio della parete rinforzata (Vt,R) è dato dalla somma del contributo della resistenza a taglio della muratura non rinforzata (Vt) e del rinforzo (Vt,f), come espresso dalla relazione 4.1a del CNR DT 215.

Nelle Istruzioni si tiene in conto che il rinforzo a taglio è disposto sulle due facce della parete e l’area della sezione equivalente disposta in direzione parallela alla forza di taglio è quella in grado di resistere allo sforzo tagliante.

Schema di applicazione del rinforzo con FRCM diffuso su tutta la superficie della parete
Schema di applicazione del rinforzo con FRCM diffuso su tutta la superficie della parete

 

Il valore della deformazione εfd è calcolato dalla deformazione limite convenzionale che dipende oltre che dalla tipologia di rinforzo, dalle caratteristiche del supporto.

In presenza di rinforzo su un solo lato della parete invece, il contributo Vt,f deve essere ridotto almeno del 30%, con l’applicazione successiva di connettori che rendano solidale il rinforzo alla parete.

Il calcolo della capacità della muratura rinforzata si può realizzare anche in maniera semplificata. Per farlo, come indicato dal CNR DT 215/2018, si incrementa forfettariamente, con opportuni coefficienti, il valore di Vt, ovvero la resistenza a taglio della muratura non rinforzata.

La maniera semplificata e i coefficienti amplificativi riportati nella tabella qui sotto possono essere impiegati solo per spessori di muratura non superiori a 400 mm, nel caso di rinforzi disposti sulle due facce delle pareti e per i quali la tensione ultima a rottura del tessuto secco sia maggiore del limite tensionale (qu,f) riportato nella seguente tabella.

Un altro intervento di rinforzo nel piano dei pannelli in muratura è quello volto all’incremento della capacità a pressoflessione del piano. In questo caso è necessario posizionare il rinforzo FRCM con le fibre disposte lungo la direzione dell’asse dell’elemento strutturale.

Tabella coefficienti correttivi delle proprietà meccaniche della muratura rinforzata

È preferibile posizionare i rinforzi su entrambe le facce del pannello, ricoprendone, di solito, la quasi totalità della superficie.

La lunghezza di ancoraggio dovrà essere di almeno 300 mm di prolungamento a partire dalla sezione di verifica, oppure dovranno essere utilizzati dispositivi idonei.

Il momento resistente determinato per l’azione di pressoflessione dipende dallo sforzo assiale agente sulla sezione resistente del pannello murario e la sua determinazione avviene sulla base delle seguenti ipotesi:

  • conservazione della planarità delle sezioni rette;
  • perfetta aderenza tra rinforzo FRCM e supporto.

Il legame costitutivo σ – ε della muratura per stati tensionali monoassiali può essere schematizzato in:

  • trazione: resistenza nulla;
  • compressione: comportamento lineare fino alla resistenza di progetto, fmd, tensione nulla per deformazioni maggiori a quella ultima εmu, tensione costante, pari a fmd per deformazioni comprese tra εm e εmu.

In assenza di dati sperimentali, la deformazione ultima di progetto, εmu, può essere assunta pari a 3.5‰. Pertanto, nel caso in cui l’asse neutro tagli la sezione del rinforzo, questa viene suddivisa dall’asse neutro stesso in due parti, di cui una tesa e una non reagente.

La verifica è soddisfatta se:

MSd < MRd

Entrambi i momenti, sollecitante e resistente, sono valutati in funzione dello sforzo normale della sezione.

Schema di applicazione del rinforzo con FRCM localizzato
Schema di applicazione del rinforzo con FRCM localizzato

 

Rinforzo delle pareti fuori dal piano

I rinforzi con i compositi FRCM sono utilizzati oltre che per migliorare le resistenze alle sollecitazioni caratteristiche nel piano della sezione resistente, anche come presidio di miglioramento delle resistenze dei pannelli murari fuori dal piano, ad esempio per azioni di tipo sismico.

Il pannello soggetto ad azioni sismiche fuori dal piano presenta un momento massimo al centro e sollecitazioni trascurabili alle estremità. In questo caso, pertanto, la modalità di crisi da distacco dall’estremità non si instaura e la deformazione massima che può raggiungere il rinforzo è significativamente superiore.

Il momento sollecitante può essere calcolato con la relazione 4.3 presente nel CNR DT 215 che considera sia il contributo del momento specifico di progetto della sezione muraria non rinforzata che quello della sezione in presenza del rinforzo FRCM, combinando i due contributi con opportuni fattori parziali di modello.

Gli altri impieghi dei sistemi FRCM

In questo articolo abbiamo illustrato come rinforzare le pareti in muratura utilizzando i sistemi compositi FRCM. L'impiego dei compositi FRCM però non è limitato soltanto alle pareti murarie. Questi sistemi infatti possono essere usati anche per realizzare cordoli in muratura armati, fasciature a livello di piano come presidio antiribaltamento, per il rinforzo di archi e volte, come sistema antisfondellamento di solai in laterocemento e come rinforzo di elementi strutturali in calcestruzzo armato.

Torneremo sugli impieghi degli FRCM con futuri approfondimenti ma già da ora restiamo a disposizione per ulteriori richieste sull'argomento. Per porci le vostre domande scriveteci sui nostri canali di contatto, in chat e sui social. Infine, per inviarci i vostri progetti e ricevere assistenza dal nostro Ufficio Tecnico potete utilizzare il servizio di Supporto alla Progettazione.

Ing. Andrea Costantini, Supporto Tecnico alla Progettazione

Ingegnere Civile Strutturista con laurea ottenuta a Perugia e con esperienze di studio e ricerca presso la Universidad Politécnica de Valencia. Amo la Spagna, le lingue e viaggiare all'estero. In Kimia mi occupo di Supporto Tecnico alla Progettazione e sono a disposizione dei progettisti per dimensionamenti, verifiche e calcoli strutturali pre e post intervento. Il mio profilo Linkedin

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