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Architettura e Ingegneria – Sfida antica risolta con criteri moderni

In generale la sicurezza può essere definita come la consapevolezza che l’evoluzione di un sistema non produrrà stati indesiderati; in altre parole consiste nell'essere a conoscenza del fatto che quello che facciamo e nello specifico costruiamo non provocherà danni a cose o persone.

1 Aprile 2016

La sicurezza nelle costruzioni

In generale la sicurezza può essere definita come la consapevolezza che l’evoluzione di un sistema non produrrà stati indesiderati; in altre parole consiste nell’essere a conoscenza del fatto che quello che facciamo e nello specifico costruiamo non provocherà danni a cose o persone. Quando si parla di sicurezza si deve affrontare un ambito ben più ampio che coinvolge numerosi aspetti e specializzazioni del mondo delle costruzioni che non può prescindere da tematiche quali la sostenibilità, la durabilità e la qualità.

In particolare il problema della durabilità è fortemente legato allo sviluppo della normativa tecnica dalla quale dipende lo standard costruttivo del Paese. In tal senso risulta fondamentale che i risultati delle ricerche debbano avere un’utile ricaduta sull’aggiornamento della stessa normativa tecnica nazionale e rappresentare il contributo alla normativa internazionale.

D’altra parte anche l’ente preposto al controllo deve chiudere il circolo virtuoso per evitare che tanti sforzi vengano vanificati da una mancanza di controlli e soprattutto sanzioni.

Risulta quindi importante, benché non sufficiente, la ricerca che le aziende produttrici debbono compiere per aumentare il livello di sicurezza dei propri prodotti e certificarne la bontà. Questo non sempre si esaurisce con il semplice prodotto ma deve passare attraverso l’implementazione e il miglioramento continuo dei servizi. Fondamentale risulta innovare. L’innovazione finalizzata al miglioramento si ottiene solo se ci si confronta con la realtà, che purtroppo nelle costruzioni è caratterizzata da difficoltà comunicative e mancanze realizzative o progettuali.

Il compito del Progettista

È innegabile comunque che la sicurezza di un’opera civile inizi dal momento della sua progettazione.

La consapevolezza non solo degli aspetti statici ma anche delle condizioni al contorno o di eventuali complicazioni, resistenza al fuoco, presenza di carichi ciclici o sismici, ambiente aggressivo, sono da considerare per dare alla sicurezza una validità temporale e non limitata al momento dell’esecuzione dell’opera.

In particolare è possibile eseguire l’analisi e il progetto di una struttura utilizzando diversi metodi, a cui possono essere associati diversi livelli di sicurezza. In generale il progettista può contare su metodi semplificati, basati su ipotesi comportamentali del materiale che fanno riferimento a un legame costitutivo del tipo elastico perfettamente plastico a duttilità infinita, o a metodi più complessi, che si basano su raffinate analisi, sviluppate mediante programmi di calcolo che utilizzano elementi finiti. Ambedue le metodologie di calcolo sono state esaurientemente sviluppate nel corso degli anni per i più comuni materiali da costruzione, quali acciaio e cemento armato e la tendenza odierna sembra quella di fornire pacchetti software che permettano di risolvere più di una problematica.

Il principale obiettivo di un ingegnere civile è quello di realizzare strutture affidabili, ovvero strutture che possano svolgere le funzioni per cui sono state ideate, progettate e costruite con un’affidabilità garantita per un determinato periodo di tempo, la cosiddetta vita utile, e sotto l’azione di determinate condizioni di carico.

Occorre quindi confrontare le sollecitazioni agenti sulla struttura, con le resistenze legate alle caratteristiche dei materiali impiegati.

Soprattutto quest’ultimo aspetto rende la questione, nel caso del patrimonio storico, ancor più complessa dato che i materiali e le tipologie costruttive che si devono affrontare possono essere anche notevolmente diverse tra loro. A maggior ragione quando si è chiamati a mettere in sicurezza strutture che ormai non rispondono più alle attuali norme sismiche, decisamente più severe rispetto al passato. Il restauro strutturale, specialmente nei confronti dell’azione sismica, deve innanzitutto coniugare l’esigenza della bassa invasività dell’intervento con l’obiettivo di non modificare il funzionamento originario del manufatto.

La filosofia dell’intervento da seguire non è, quindi, quella di impedire la formazione delle fratture (mutando così fortemente la rigidezza degli elementi strutturali) bensì quella di ostacolarla, ritardando l’evolversi dei cinematismi di collasso, fornendo alla muratura la capacità di resistere alle sollecitazioni di trazione laddove si vengono a formare le lesioni.

L’utilizzo di tecniche e di materiali innovativi nel restauro strutturale può consentire di eseguire delle opere di messa in sicurezza che possono poi fungere da presidi definitivi durante l’esercizio corrente dell’elemento strutturale.

L’intervento di rinforzo

L’applicazione relativa agli archi dell’Antica Uccelliera di Palazzo Chigi ad Ariccia si inserisce nel più ampio intervento di riqualificazione e restauro conservativo del parco di Palazzo Chigi. I manufatti architettonici che si trovano al suo interno, quali l’uccelliera, comprendente il Portale dei Leoni, si presentano oggi allo stato di rudere archeologico.

Gli edifici presentano molteplici elementi che denotano uno stato di avanzato degrado.

Oltre al passare del tempo e all’azione degradante degli agenti meteorologici, un fattore determinante del degrado risulta essere l’ingente presenza di vegetazione, che ha prodotto gravi danni alle architetture (radici e piante sono spesso un tutt’uno con le murature).

Durante la fase di analisi sono state rilevate numerose mancanze e lacune nei diversi paramenti murari delle strutture in laterizio costituenti i due arconi che coprono l’Uccelliera.

Il degrado è diffuso sull’intero sviluppo dei manufatti architettonici, dall’imposta alla chiave.

Nell’ottica della conservazione dei beni e del loro carattere di “rovina romantica” l’idea è quella di consolidare e proteggere l’esistente a partire dall’attenta analisi dello stato di fatto.

Originariamente nel sito dovevano esserci 4 o 5 arconi, allo stato attuale ne rimangono solamente 2.

Il precario stato di equilibrio dei due archi rende necessaria nell’immediato la messa in sicurezza delle strutture, per mezzo di opportune opere di sostegno.

Il primo arco infatti presenta una perdita di forma con spostamento relativo fra i due semiarchi impostati sui lati opposti della cava, con probabile parzializzazione delle sezioni ai reni, mentre il secondo arco presenta una forma di equilibrio instabile per la formazione di una biella compressa fra la chiave e l’imposta sinistra della struttura.

L’intervento strutturale proposto per il consolidamento dei due arconi si pone l’obbiettivo di fornire un’azione di presidio che modifichi il meno possibile lo schema statico originale, nello spirito della reversibilità e del rispetto del contesto architettonico attuale.

È proprio nel rispetto di questi requisiti fondamentali che si è scelto di intervenire con l’applicazione di un rinforzo in materiale fibrorinforzato (nastri in carbonio CFRP) il quale oltre a presentare notevoli caratteristiche di resistenza e durabilità, risulta essere un intervento decisamente non invasivo.

Prima di procedere all’applicazione del sistema di rinforzo estradossale si è ovviamente provveduto alla disposizione di un opportuno sistema di puntellamento dell’intera struttura.

Visto lo stato di fatiscenza delle due strutture murarie è stato necessario un preventivo ripristino delle porzioni di arco mancanti mediante inserimento di elementi di recupero e malta di calce idraulica e pozzolana. Si è poi potuto proseguire con la bonifica delle zone di contrasto degli archi mediante esecuzione di muratura cuci-scuci con elementi di recupero e malta anti ritiro, iniettando inoltre all’interno del paramento murario miscele anti ritiro. Prima di proseguire con la disposizione dei nastri in fibra di carbonio si è preparata la superficie estradossale dell’arco regolarizzandola con uno strato di malta tixotropica fibrorinforzata.

A questo punto si è proceduto all’applicazione all’estradosso di 3 nastri longitudinali in fibra di carbonio (CFRP) unidirezionale di 3 nastri longitudinali in fibra di carbonio (CFRP) unidirezionale di larghezza 20cm, spessore 0,17mm e grammatura 240gr/m2.

Per una migliore aderenza alla struttura sottostante si sono disposti ogni 100cm nastri trasversali di collegamento in fibra di carbonio unidirezionale di larghezza 20cm, spessore 0,17mm e grammatura 240gr/m2.

Si è completato infine l’intervento con la ricostruzione di un nuovo rinfianco con muratura di mattoni pieni.

Oltre agli interventi appena esposti, il consolidamento del 2° arco prevede un ulteriore intervento in corrispondenza della zona di contrasto di sinistra. In particolare si è resa necessaria una parziale ricostruzione della zona di imposta mediante la tecnica del cuci-scuci con elementi di recupero e malta anti ritiro, garantendo la perfetta ammorsatura di nuovi elementi alla parete rocciosa esistente mediante l’inserimento di 3 barre Ø12.

In questo caso è stata eseguita un’analisi numerica del comportamento delle strutture in presenza del sistema di rinforzo, evidenziando i benefici ottenuti dalle murature in termini di tensioni e spostamenti.

La modellazione numerica ha consentito di ricreare i manufatti in esame simulando in maniera opportuna il reale vincolo alle imposte e introducendo oltre ai carichi verticali, dovuti al peso proprio della muratura, l’azione sismica orizzontale agente nella direzione del piano degli archi.

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