Un contributo alla progettazione di interventi di rinforzo di strutture in muratura con materiali compositi: indagine sperimentale e modelli teorici

Negli ultimi anni, anche sotto la spinta emotiva dei recenti eventi sismici, sono stati compiuti enormi progressi nella comprensione del comportamento strutturale e nello studio e la messa a punto di strategie di intervento per la mitigazione del rischio sismico anche mediante l’utilizzo di materiali e tecniche innovative.
Tali progressi sono particolarmente importanti per il fatto che il nostro Paese è caratterizzato da un patrimonio edilizio generalmente vetusto ed estremamente vulnerabile e una normativa specifica, fino a pochi anni fa, vecchia e restia alle innovazioni. Tutte queste problematiche hanno molto condizionato e compromesso per tanti anni una reale riduzione della vulnerabilità sismica in Italia.
Il crollo della Scuola Jovene di San Giuliano durante l’evento sismico del 31 ottobre 2002 e i gravissimi ed ingenti danni provocati dal terremoto dell’Aquila del 6 aprile 2009 hanno rappresentato le ulteriori dolorosissime prese di coscienza dei risultati cui ha portato il protrarsi di questa situazione.
L’O.P.C.M. 3274 del marzo 2003 è stato un primo passo concreto mirato al progressivo rinnovamento del quadro normativo italiano sotto molteplici aspetti.
Nell’Ordinanza è definita, infatti, una nuova classificazione sismica del territorio e una normativa di stampo più moderno, progressivamente evolutasi e sviluppatasi negli anni fino ad essere, nella sua forma più aggiornata, parte integrante del Nuovo Testo Unico sulle Costruzioni del gennaio 2008.
Con riferimento alle tipologie strutturali, i danni provocati, in particolare, dagli eventi sismici di Umbria e Marche (1997–1998) hanno messo in particolare evidenza quanto gli edifici in muratura siano tra i più vulnerabili al sisma. Questi costituiscono tuttavia ancora una tipologia molto diffusa in Italia.
Interi aggregati urbani e edifici a volte di notevole interesse storico ed architettonico sono realizzati in muratura portante. Le tecniche di consolidamento utilizzabili sulla muratura sono molteplici, spesso stabilizzate nel tempo, entrate a far parte del patrimonio d’opera di tecnici ed operatori che si occupano di recupero e rinforzo strutturale.
Di specifico interesse, in tale ambito, è l’utilizzo di una particolare classe di materiali per il rinforzo e non soltanto delle strutture in muratura. I materiali compositi FRP (Fiber Rinforced Polymer) permettono interventi, spesso di notevole efficacia e consentono di risolvere soluzioni altrimenti molto complesse, se non impossibili, in caso di approccio di tipo tradizionale.
Sotto l’aspetto normativo, le Istruzioni del Documento Tecnico C.N.R. 200 coprono, in tale scenario, l’esigenza nazionale di conoscenza e di standardizzazione in questo settore emergente e di particolare rilievo dell’Ingegneria delle strutture, ben inserendosi nella ventata di innovazione introdotta della nuova legislazione prima accennata.
Da tutto quanto sopra, è scaturito l’interesse a investigare due specifiche applicazioni dei materiali compositi per il rinforzo della muratura: il problema dell’aderenza con il supporto, questione particolarmente complessa e delicata in quanto è spesso vincolante nella progettazione dell’intervento, ed il confinamento di elementi compressi, problematica largamente affrontata e studiata con riferimento al calcestruzzo, ma ancora bisognosa di approfondimenti nel caso di colonne in muratura.
Il presente lavoro è diviso in tre parti. Nella prima, dopo un capitolo dedicato ai materiali oggetto della ricerca, viene inquadrata la problematica generale degli interventi di rinforzo su edifici in muratura dapprima con metodologie tradizionali, poi con l’utilizzo di materiali compositi, parallelamente, per gli argomenti via via affrontati, vengono esposte le principali direttive riportate nell’attuale quadro normativo nazionale ed internazionale.
Il capitolo dedicato allo stato dell’arte espone invece la sintesi dei più rilevanti risultati raggiunti dalla comunità scientifica esaminati durante l’attività di studio e di ricerca negli ambiti specifici del lavoro.
Nella seconda parte, dedicata al problema dell’aderenza, è presentata l’ampia campagna sperimentale condotta presso il laboratorio di Ingegneria Strutturale dell’Università degli Studi di Salerno, sono poi discussi e analizzati i risultati ottenuti, e presentato un approccio analitico al problema dell’aderenza anche con la proposta di formule predittive alternative.
La terza parte è interamente dedicata al confinamento, sempre con materiali compositi, di colonne murarie compresse, presentando un ampio database di prove di schiacciamento di pilastrini confinati allo scopo di ricavare e validare, anche in questo caso, eventuali formulazioni alternative.
Nell’ultimo capitolo sono esposte le conclusioni del lavoro svolto e suggerimenti per eventuali sviluppi futuri e direzioni in cui dirigere la ricerca.