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

Rinforzo pannelli in muratura con i compositi  FRCM certificati

I sistemi FRCM rappresentano una soluzione ideale per rinforzare le pareti in muratura. Scopriamo perché e come impiegarli

Le pareti in muratura degli edifici sono soggette a sollecitazioni generate sia dalle forze verticali trasmesse dai solai e dalle coperture, sia dalle forze orizzontali che agiscono nella direzione del piano e fuori dal piano. Per questa ragione il rinforzo strutturale delle pareti in muratura rappresenta uno degli interventi più frequenti e importanti nelle opere di miglioramento o adeguamento sismico degli edifici.

Per eseguire il rinforzo strutturale delle pareti in muratura è possibile scegliere tra diverse tipologie d'intervento. Il progettista, per esempio, può optare per un intervento a basso spessore, scegliendo i sistemi compositi di tipo FRP e realizzando delle fasciature mediante tessuti in fibra di carbonio combinati con resine. Un'altra possibilità percorribile è quella di realizzare intonaci armati di tipo non tradizionale con i sistemi CRM, ovvero reti in fibra di vetro pre-apprettate all’interno di una matrice inorganica, una malta a base di calce.

Tra le opzioni disponibili per rinforzare le pareti murarie esiste infine un’altra tecnologia che si pone a metà strada tra quelle illustrate in precedenza: quella dei sistemi compositi FRCM. Ed è proprio di questa tipologia di sistemi che andremo a parlare più nel dettaglio in questo articolo.

Premessa: il CVT Kimia per i sistemi FRCM

Prima di spiegare il motivo per cui gli FRCM sono una delle soluzioni più adatte e impiegate negli interventi di rinforzo strutturale di pareti in muratura, faccio une breve ma utile premessa.

Kimia ha ottenuto il CVT per cinque sistemi compositi FRCM, quattro dei quali certificati proprio per interventi di rinforzo strutturale su opere in muratura, tufo e pietrame. Si tratta di sistemi basati sull'impiego di reti in basalto o fasce di tessuti in acciaio in combinazione con malta a base di calce naturale.

Farò riferimento, dunque, proprio a questi sistemi nei successivi paragrafi del presente articolo. Sul CVT invece mi limito a dire che tra gli FRCM certificati, Kimia può vantare un sistema unico al mondo per prestazioni: Kimisteel INOX 800 System. Questo sistema, grazie ai test effettuati in fase di qualificazione ministeriale, è risultato essere completamente inattaccabile da fenomeni corrosivi.

Volete saperne di più? Nel link trovate tutti i dettagli su Kimisteel INOX 800 System e gli altri sistemi certificati, il CVT emesso dal CSLP e il Manuale d'Installazione dei compositi FRCM Kimia da scaricare.

Rinforzo di una parete in muratura con sistema FRCM in acciaio

Perché scegliere i sistemi FRCM per il rinforzo di pareti in muratura?

Fatta questa premessa sulla certificazione Kimia veniamo al punto: a rendere i sistemi compositi FRCM una scelta perfetta per il consolidamento dei pannelli murari sono tre caratteristiche essenziali:

  • la compatibilità con le murature;
  • la traspirabilità;
  • l'applicabilità in bassi spessori.

Compatibilità e traspirabilità sono caratteristiche legate alla presenza della malta a base calce naturale e vanno tenute in considerazione in fase di progettazione, soprattutto se si tratta di intervenire su beni storici e vincolati dalle soprintendenze.

I compositi FRCM inoltre sono interventi a basso spessore. Per rientrare in questa categoria infatti questi sistemi non devono superare i 3 cm di spessore al netto della regolarizzazione del supporto. Per questo si trovano a metà strada tra gli FRP, i sistemi a basso spessore per eccellenza, e gli intonaci armati di tipo non tradizionale, i sistemi CRM. Quest'ultimi hanno una matrice inorganica, al pari degli FRCM, ma spessori differenti.

Rinforzare le pareti in muratura con gli FRCM: rinforzo esteso o localizzato?

Detto delle loro caratteristiche, passiamo agli aspetti più pratici: come progettare un corretto consolidamento strutturale di pareti murarie con i sistemi FRCM?

Per prima cosa occorre conoscere le caratteristiche della muratura stessa, dell'edificio nella sua interezza e le condizioni al contorno. In questo modo potremo valutare la modalità d'intervento più adeguata in base alle sollecitazioni agenti. Dopodiché, per eseguire il rinforzo delle pareti in muratura mediante FRCM certificati, si possono seguire due strade differenti.

La prima prevede il ricorso a un rinforzo esteso in cui si agisce sull’intera superficie della parete muraria utilizzando la rete in fibra di basalto con malta a base di calce, ovvero i sistemi FRCM certificati Kimitech BS ST 200 System o Kimitech BS ST 400 System.

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

 

La seconda strada, invece, consiste nell'esecuzione di un rinforzo più localizzato impiegando una maglia in direzione verticale e orizzontale formata da fasce di acciaio inox (Kimisteel INOX 800 System) o galvanizzato (Kimisteel GLV 650 M System) con una larghezza e un passo opportunamente dimensionati e verificati.

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

 

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, delle verifiche agli Stati Limiti di Esercizio (SLE) che interessano la deformabilità. Quest'ultima, infatti, non varia con il rinforzo eseguito dato che, essendo gli FRCM dei sistemi da applicare in basso spessore, non modificano in maniera significativa né la massa né la rigidezza e quindi 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. Per farlo occorre eseguire preliminarmente delle iniezioni di malta a base di calce come la nostra Basic INIEZIONE. Le murature a sacco infatti sono costituite da due pannelli, con interposto tra loro un riempimento con materiale che nella maggior parte dei casi risulta avere caratteristiche scadenti. La malta iniettata in questo caso ha la duplice funzione di riempire i vuoti all'interno del materiale di riempimento e di 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 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.

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.

Tabella coefficienti correttivi delle proprietà meccaniche della muratura rinforzata

Un altro intervento di rinforzo nel piano dei pannelli in muratura è quello volto a incrementare la 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. È preferibile inoltre posizionare i rinforzi su entrambe le facce del pannello, ricoprendone, di solito, la quasi totalità della superficie. La lunghezza di ancoraggio dovrà essere invece 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.

Rinforzo delle pareti fuori dal piano

I rinforzi con i compositi FRCM vengono realizzati, 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, per 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 certificati

In questo articolo abbiamo illustrato come rinforzare le pareti in muratura utilizzando i sistemi compositi FRCM certificati. Il loro impiego però non è limitato soltanto alle pareti murarie ma possono essere utilizzati anche per:

  • realizzare cordoli in muratura;
  • fasciature a livello di piano come presidio antiribaltamento di pannelli murari strutturali;
  • per il rinforzo di archi e volte;
  • come sistema antisfondellamento di solai in laterocemento;
  • come rinforzo di elementi strutturali in calcestruzzo armato.

Torneremo dunque sugli impieghi degli FRCM con nuovi articoli Per il momento vi invito a scriverci le vostre domande sull'argomento sulle nostre pagine social o in chat sul sito. E non dimenticate di leggere la news relativa all'emissione del CVT i sistemi compositi FRCM Kimia. Lì troverete anche la Certificazione ministeriale e il Manuale d'Installazione da scaricare.

Supporto alla Progettazione Kimia

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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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