Rinforzo maschi murari: che tecnica scegliere?

I maschi murari sono elementi fondamentali delle costruzioni in muratura portante. Essi costituiscono la struttura verticale portante su cui poggiano solai, coperture ed eventuali orizzontamenti. La loro funzionalità statica è quella di sopportare i carichi verticali trasmettendoli alle fondazioni e di resistere alle azioni orizzontali come sisma e vento.

Per questo motivo, il rinforzo strutturale dei maschi murari è un intervento chiave per migliorare la resistenza e la duttilità delle costruzioni esistenti in muratura. Ma come scegliere la tecnica più indicata per rinforzare correttamente questi elementi portanti? 

• Le caratteristiche strutturali dei maschi murari 
• I fattori da considerare nella scelta della tecnica di rinforzo 
• Le tecniche tradizionali e quelle più innovative 
• I vantaggi e gli svantaggi delle diverse soluzioni 

L’obiettivo è fornire una panoramica completa per tutti quei progettisti che devono affrontare un intervento di rinforzo strutturale dedicato ai maschi murari, così da poter scegliere la migliore strategia di rinforzo strutturale per ogni specifico intervento. 

Caratteristica strutturale del maschio murario

Gli elementi strutturali fondamentali di un edificio in muratura sono i maschi murari e le fasce di piano. I maschi murari sono le parti di muratura che si estendono in verticale, comprese tra due aperture. Le fasce di piano, invece, sono le parti di muratura orizzontale situate tra il bordo superiore di un'apertura e quello inferiore dell'apertura sovrapposta.

Le caratteristiche e le proprietà dei maschi murari come il tipo di materiale utilizzato, le dimensioni, la geometria, la presenza e la disposizione di aperture e la qualità del lavoro di costruzione, influenzano notevolmente le prestazioni strutturali dell'edificio nel suo complesso. Pertanto, la progettazione e la costruzione ma anche il rinforzo dei maschi murari richiedono una valutazione attenta e una corretta esecuzione per garantire la sicurezza e la durabilità dell'edificio.

Come sopra accennato, le caratteristiche che influenzano il comportamento dei maschi murari includono:

• Tipo di materiale: Il tipo di materiale murario utilizzato, come mattoni, blocchi di calcestruzzo, pietra naturale, ecc., può influenzare significativamente le proprietà meccaniche e il comportamento strutturale del muro.
• Metodo di costruzione: Il metodo utilizzato per la costruzione del muro, ad esempio il tipo di legante utilizzato (calcestruzzo, malta, cemento, ecc.) e la tecnica di posa, può influire sulla resistenza e sulla stabilità del muro.
• Dimensioni e geometria: Le dimensioni del muro, compresa l'altezza, la lunghezza e lo spessore, insieme alla sua geometria complessiva, possono influenzare il modo in cui il muro si comporta sotto carichi esterni come il vento, il terremoto o il carico verticale.
• Qualità del materiale: La qualità del materiale utilizzato nella costruzione del muro, compresa la resistenza del materiale stesso e la sua omogeneità, può influenzare la resistenza e la durabilità complessiva del muro.
• Condizioni ambientali: Le condizioni ambientali esterne, come l'umidità, la temperatura, l'esposizione agli agenti atmosferici e l'azione del tempo, possono influenzare il deterioramento del materiale murario nel tempo.

Tutti questi fattori interagiscono in modo complesso per determinare il comportamento strutturale e la capacità portante dei maschi murari in diverse condizioni e sotto varie sollecitazioni.

Entriamo ora più nel dettaglio e vediamo in che modo le caratteristiche dei materiali influiscono su quelle del maschio murario.

La malta

La malta ha il compito di trasferire e ripartire gli sforzi tra gli elementi lapidei, pertanto deve garantire una buona aderenza e avere sufficiente resistenza. Le malte più comuni sono:

• Malta di calce: composta da calce aerea e sabbia, è traspirante ma poco resistente. Utilizzata nelle murature storiche.
• Malta di calce idraulica: miscela di calce idraulica naturale (NHL) o calce idraulica artificiale e sabbia. Resistenza intermedia. 
• Malta cementizia: miscela di cemento, calce e sabbia. Elevata resistenza meccanica ma scarsa traspirabilità. 

Pietre e laterizi

• Resistenza alla compressione: La pietra naturale ha solitamente una resistenza alla compressione elevata, che può variare da moderata a molto alta a seconda del tipo di pietra. Ad esempio, il granito e il basalto sono noti per la loro elevata resistenza alla compressione. Anche i mattoni, in genere, hanno una buona resistenza alla compressione, ma questa può variare in base al tipo di mattoni e al processo di fabbricazione. I mattoni cotti sono generalmente più resistenti rispetto ai mattoni crudi.
• Resistenza alla trazione: la pietra e i mattoni hanno generalmente una bassa resistenza alla trazione rispetto alla compressione. Questo significa che sono più suscettibili alla rottura sotto sforzi di trazione.
• Resistenza alla flessione: anche la resistenza alla flessione della pietra è solitamente limitata, così come quella dei mattoni che può variare in base alla geometria e alla dimensione del mattone.

Fattori da considerare per la scelta della tecnica di rinforzo strutturale

Gli interventi di rinforzo strutturale devono sempre derivare da una diagnosi accurata della costruzione esistente. È necessario valutare attentamente: 

• I dissesti in atto e/o quelli ormai stabilizzati.
• Le caratteristiche e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi.
• Modificazioni intervenute nel tempo rispetto alla costruzione originaria.
• Eventuali carenze progettuali o difetti esecutivi.
• Cambi di destinazione d'uso degli ambienti.
• Il comportamento strutturale, il suo stato di sollecitazione.
• Le reali esigenze di consolidamento.

Sulla base di queste analisi si potrà stabilire quale sia l’intervento più idoneo in termini di: 

• Tipologia di rinforzo strutturale: confinamento, rinforzo a flessione, rinforzo a taglio, etc.
• Posizionamento del rinforzo strutturale: su uno o più lati, sul paramento interno ed esterno, concentrati o diffusi sulla superficie etc.
• Tecnica di intervento strutturale: iniezioni, intonaco armato, stilatura dei giunti, scuci-cuci etc.
• Materiali e sistemi strutturali (in relazione alla tecnica scelta): malta a base calce, FRCM, CRM, acciaio etc

Oltre agli aspetti strutturali vanno considerati anche: 

• Compatibilità: i materiali devono essere chimicamente e fisicamente compatibili con la muratura per evitare degradi.
• Reversibilità: possibilità di rimuovere in futuro l’intervento senza danneggiare la costruzione.
• Minimo impatto estetico: soprattutto negli edifici storici, non dovrebbero essere alterate le caratteristiche architettoniche.
• Economicità: contenimento dei costi senza compromettere l'efficacia dell’intervento.
• Normative: conformità alle NTC 2018 e documenti CNR sulle costruzioni esistenti.

Tecniche tradizionali di rinforzo maschi murari

Per molti decenni, gli interventi di consolidamento strutturale si sono basati su poche tecniche tradizionali, in alcuni casi invasive e poco performanti. Analizziamo brevemente i loro pregi e difetti.

Intonaci armati tradizionali

Consistono in uno strato di betoncino cementizio armato con una rete in acciaio elettrosaldata applicato sul paramento murario. L’intervento deve essere realizzato su entrambi i lati (interno ed esterno) della muratura e devono essere impiegati opportuni elementi di connessione trasversale. Gli spessori di applicazione sono generalmente tra i 5 e i 7 cm. 

• Vantaggi dell’intonaco armato tradizionale: tecnica semplice ed economica, migliorano le caratteristiche meccaniche della struttura in muratura. 
• Svantaggi dell’intonaco armato tradizionale: l'applicazione dell'intonaco armato può ridurre la capacità della parete di deformarsi, rendendo la struttura più rigida e aumentando le masse complessive dell'edificio. Esiste poi il rischio di distacco del rinforzo a causa dell'ossidazione della rete elettrosaldata nel tempo, il che potrebbe compromettere l'efficacia del rinforzo stesso. Una volta applicato l'intonaco armato, l'intervento diventa irreversibile, rendendo difficile o impossibile tornare allo stato originale della parete senza danneggiare la struttura.

Consolidamento con diatoni artificiali

Si realizza nella muratura una maglia regolare di diatoni, cioè elementi cilindrici di calcestruzzo armato, acciaio, o altri materiali progettati per rafforzare le murature esistenti, migliorando la resistenza strutturale dei maschi murari. I diatoni si realizzano perforando trasversalmente la muratura inserendo l’armatura e poi eseguendo il getto di malta o calcestruzzo (cls).

• Vantaggi del consolidamento con diatoni artificiali: i paramenti della parete vengono saldamente collegati, creando una struttura monolitica che conferisce solidità alla struttura. Il risultato di questa unione è una maggiore resistenza nel piano della muratura, che si traduce in una struttura più robusta e sicura.
• Svantaggi del consolidamento con diatoni artificiali: E’ fondamentale una progettazione accurata dell’intervento, l'installazione dei diatoni artificiali richiede forature dirette nella muratura portante, il che può essere considerato invasivo e richiedere attenzione particolare per preservare l'integrità strutturale dell'edificio. Inoltre, gli interventi che coinvolgono diatoni artificiali possono comportare costi significativi, sia in termini di materiali ma soprattutto di manodopera specializzata.

Iniezioni di consolidamento con miscele leganti

Le iniezione di miscele leganti si pongono come un efficace rimedio per potenziare le caratteristiche meccaniche delle murature da consolidare. Attraverso questo intervento mirato, si punta a colmare i vuoti presenti nella struttura e conferire una maggiore compattezza alla muratura stessa. I materiali utilizzati per l’intervento sono generalmente boiacche a base di calce o cemento. 

Vantaggi delle iniezioni di consolidamento con miscele leganti: l'iniezione di miscele leganti ripristina le caratteristiche meccaniche e rafforza la struttura della muratura, aumentando la sua capacità di resistere a sollecitazioni meccaniche.

Svantaggi delle iniezioni di consolidamento con miscele leganti: l'indurimento delle miscele leganti può limitare la capacità della muratura di deformarsi in risposta a sollecitazioni esterne. Questo è vero soprattutto nel caso di utilizzo di boiacche cementizie. E’ infatti fondamentale effettuare una corretta progettazione e selezione della miscela legante per garantire la compatibilità chimico-fisico-meccanica con gli elementi esistenti della muratura. Una scelta errata potrebbe compromettere l'efficacia dell'intervento o addirittura danneggiare ulteriormente la struttura. Infine, soprattutto nel caso di murature a sacco, potrebbe essere necessario iniettare molto materiale per colmare tutti i vuoti, quindi l’intervento potrebbe risultare costoso.

Ristilatura dei giunti o cuci e scuci

La ristilatura dei giunti è un intervento di consolidamento strutturale che consiste nella sostituzione della malta danneggiata tra gli elementi murari con malta di migliore qualità. In una variante avanzata, chiamata ristilatura armata, si inseriscono barre di acciaio (anche del tipo elicoidali) nei giunti per potenziarne ulteriormente le caratteristiche meccaniche.

Con il cuci e scuci si sostituiscono gli elementi murari danneggiati ad esempio da lesioni con nuovi (come mattoni o pietre simili agli originali), allettando con malta preferibilmente a base calce adatta allo scopo per preservare la stabilità della struttura.

Entrambi gli approcci mirano a ripristinare e/o migliorare la solidità della muratura, particolarmente importante per edifici storici o monumentali.

Vantaggi della ristilatura dei giunti o cici e scuci: entrambe ripristinano la coesione muraria e rafforzano la muratura senza compromettere l'aspetto estetico dell'edificio, preservando il suo carattere e il suo valore storico o architettonico. Riparando la muratura danneggiata, sia attraverso la ristilatura dei giunti che lo cuci e scuci, si contribuisce a prolungare la vita utile dell'edificio, riducendo la necessità di interventi più invasivi o costosi nel tempo.

Svantaggi della ristilatura dei giunti o cici e scuci: possono essere dispendiosi in termini di tempo e risorse, inoltre è molto importante che i materiali impiegati per gli interventi (sia malte che elementi lapidei di sostituzione) corrispondano strettamente agli originali per mantenere l'aspetto e l'integrità della struttura. Tuttavia, ciò può essere difficile e potrebbe portare a discrepanze visive o strutturali.

Come si può notare, le tecniche tradizionali sono molto efficaci ma presentano diversi limiti, soprattutto in termini di compatibilità, reversibilità ed efficacia. Per questo si è andata affermando l'esigenza di soluzioni più evolute.

Tecniche innovative di rinforzo strutturale dei maschi murari

Negli ultimi tre decenni, il settore del consolidamento strutturale ha visto l'emergere di diversi prodotti e sistemi innovativi. Queste soluzioni, nuove o recentemente introdotte rispetto ai metodi tradizionali storicamente impiegati, hanno rivoluzionato il campo, offrendo un miglioramento significativo della resistenza e della stabilità degli edifici.

Fino a qualche anno fa, molti di questi approcci non erano ancora standardizzati, ma hanno dimostrato di essere efficaci e versatili nel risolvere una vasta gamma di problemi e nell'adattarsi alle specifiche esigenze delle strutture.

In molti casi, le tecniche innovative hanno dimostrato di poter sostituire con successo le soluzioni tradizionali. Questo è avvenuto attraverso l'utilizzo di materiali più compatibili chimicamente e fisicamente con quelli originali, nonché grazie a procedure di applicazione più rapide e meno invasive, che preservano l'integrità delle costruzioni. 

Spesso, queste nuove soluzioni offrono prestazioni superiori rispetto a quelle tradizionali, senza aumenti significativi di massa o rigidezza. In altri scenari, le tecniche innovative possono essere integrate con le soluzioni esistenti, creando combinazioni efficaci per risolvere problemi strutturali complessi.

Ora, esamineremo i principali prodotti e sistemi innovativi utilizzati per il consolidamento e il rinforzo strutturale di maschi murari.

Rinforzo con sistemi FRP e FRCM

I sistemi FRP (Fiber Reinforced Polymers) e i sistemi FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) sono entrambi utilizzati nel campo del rinforzo strutturale per migliorare le prestazioni di elementi strutturali esistenti. Sono materiali compositi cioè materiali eterogenei costituiti da due fasi, una matrice e la fibra, le cui proprietà finali sono diverse rispetto a quelle dei materiali di partenza. 

Nei sistemi FRP si utilizza come matrice la resina e come parte resistente tessuti in acciaio ad alta resistenza, in fibra di basalto, carbonio, vetro o arammide. La matrice dei sistemi FRCM è inorganica, cioè si utilizzano malte a base calce o cemento in cui inglobare reti o nastri in fibra di carbonio, vetro AR (alcali-resistente), arammide, basalto, PBO (poliparafenilenbenzobisoxazolo) o acciaio ad alta resistenza.

Entrambe le tipologie di rinforzo si applicano in bassi spessori, lavorano per adesione, non modificano le rigidezze dell’elemento da rinforzare, sono leggeri e poco invasivi.

I rinforzi FRP e i rinforzi FRCM possono essere disposti a formare una maglia, con le fasce del composito applicate sulla superficie da rinforzare in disposizione sia verticale che orizzontale. È essenziale progettare e verificare adeguatamente il passo e la larghezza delle fasce. In particolare l’incremento di resistenza sarà proporzionale alla larghezza della fascia e inversamente proporzionale alla distanza tra di esse. In alternativa, i sistemi FRCM possono essere applicati uniformemente sull'intera superficie muraria.

Le sollecitazioni che agiscono su una parete muraria nel proprio piano sono principalmente taglio e pressoflessione. Per quanto riguarda il rinforzo per il taglio nel proprio piano, si tiene conto dell'area delle fibre disposte parallelamente alla forza di taglio, ossia quelle orientate orizzontalmente. Questa area rappresenta la sezione equivalente del rinforzo in grado di resistere allo sforzo tagliante.

Un'altra strategia di rinforzo per i pannelli in muratura nel piano è finalizzata ad aumentare la capacità a pressoflessione dell'elemento strutturale. In tal caso, è fondamentale posizionare il rinforzo FRCM con le fibre allineate lungo la direzione dell'asse principale dell'elemento strutturale.

L'intonaco armato CRM per il rinforzo dei maschi murari

L'intonaco armato CRM (Composite Reinforced Mortar) è una tecnica che sfrutta materiali innovativi particolarmente indicata per il rinforzo strutturale dei maschi murari negli edifici esistenti. Rispetto all’intonaco armato tradizionale, si basa sull'impiego di reti, connettori ed elementi angolari realizzati in FRP (Fibre-reinforced polymer), i quali vengono applicati insieme a un intonaco a base di calce o cemento.

I vantaggi dell'utilizzo dell'intonaco CRM sui maschi murari sono:

• Aumento della resistenza a pressoflessione, taglio e crisi di schiacciamento.
• Maggiore capacità dissipativa dell'energia sismica grazie all'effetto di confinamento.
• Incremento dei parametri di resistenza senza eccessivi irrigidimenti.
• Ridotte alterazioni di massa e rigidezza rispetto ad altre tecniche.
• Intervento leggero, compatibile e perfettamente aderente al supporto.
• Ottima protezione della muratura dagli agenti atmosferici.
• Rapida messa in opera e bassi costi rispetto ad altri materiali compositi.

In definitiva l'intonaco CRM è una soluzione che, se correttamente applicata, permette di efficientare e prolungare nel tempo la funzionalità statica dei maschi murari, risolvendo molti problemi delle tecniche tradizionali, con un intervento leggero, economico e compatibile. Data la diffusione delle costruzioni in muratura, si prevede un rapido incremento di questa tecnica.

Ognuna di queste tecnologie innovative ha caratteristiche specifiche che la rendono più o meno idonea ai diversi contesti d’intervento. La scelta dipende da molti fattori. 

Conclusioni

Nel contesto attuale, una vasta gamma di tecniche tradizionali e innovative offre al progettista molteplici opzioni di intervento per il rinforzo di maschi murari. 

La decisione su come procedere per eseguire il rinforzo deve essere valutata attentamente, considerando diversi fattori come gli obiettivi dell'intervento, il budget disponibile, la conservazione del valore architettonico e l'incremento della sicurezza oltre a un’accurata fase diagnostica che possa condurre a una corretta valutazione delle condizioni esistenti, dei dissesti e delle cause che li hanno generati. 

La scelta richiede un'analisi approfondita che tenga conto di tutte le caratteristiche dell'edificio, in grado di affrontare la complessità tipica del recupero di un edificio esistente. Non esiste un approccio universale applicabile a tutte le situazioni; ogni caso richiede una valutazione specifica e mirata.

L’intervento dovrà comunque essere sempre attentamente progettato e dimensionato, nel pieno rispetto delle NTC 2018 e dei documenti CNR. Un rinforzo strutturale correttamente eseguito garantirà la conservazione e la funzionalità dell'edificio, migliorandone sicurezza, durabilità e resistenza alle azioni sismiche.

La consulenza professionale di Dakota Group

Dakota offre un servizio tecnico professionale nell’ambito del rinforzo e consolidamento strutturale rivolto ai rivenditori, ai progettisti e alle imprese edili offrendo un servizio completo di assistenza e supporto ai principali attori del settore in diversi ambiti:

• Progettazione: offriamo consulenza per identificare la soluzione Dakota più adatta alle esigenze specifiche, valutando alternative progettuali e individuando le migliori strategie per l'intervento prescelto.
• Installazione: forniamo un servizio di sopralluogo preliminare in cantiere e assistenza tecnica durante l'applicazione, garantendo un'installazione impeccabile secondo le migliori pratiche.
• Formazione: organizziamo sessioni formative e di aggiornamento per garantire una corretta comprensione e applicazione delle soluzioni Dakota, promuovendo l'acquisizione di competenze specializzate nel settore.