Consolidamento delle volte in muratura mediante cappa armata

Dopo aver visto il funzionamento, l’analisi delle lesioni e i cedimenti delle imposte di archi e volte in muratura oggi vediamo un metodo di consolidamento delle volte mediante la creazione di una controvolta estradossale in cemento armato.
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stratigrafia dell'intervento con cappa armata
Questo intervento, frequentemente adottato negli ultimi decenni, consiste nel collegare la volta esistente ad una controvolta estradossale in calcestruzzo armato. Si viene a creare in questo modo una nuova struttura resistente che collabora con quella sottostante comportandosi come una nuova volta di spessore maggiorato.
Queste due strutture, quella antica e quella nuova, vengono così a lavorare in parallelo, ma la differente rigidità della cappa in calcestruzzo armato la porta usualmente ad assumersi una percentuale maggiore del carico accidentale agente sulla struttura. Tra i vantaggi del metodo va ricordato il fatto che l’estradosso della volta riesce, nella fase di parzializzazione pre-collasso della sezione, ad assorbire anche sforzi di trazione, grazie all’armatura metallica della cappa. Ancora tra i vantaggi la funzione di cucitura della muratura in direzione trasversale, soprattutto se l’accoppiamento muratura-calcestruzzo viene favorito da connettori metallici. Tra gli svantaggi, oltre alla menzionata invasività che rende irraggiungibile l’estradosso a future ispezioni, l’incremento non trascurabile delle masse in gioco, cui va posta attenzione in zona sismica, e le potenziali interazioni negative tra muratura calcestruzzo in termini di percolazioni, filtrazione di sali, ecc.

Gli errori del passato
Tra gli errori più praticati in passato va annoverato sicuramente l’eccessivo spessore della cappa in cemento armato che porta ad una rigidezza eccessiva della stessa con conseguente scarico della volta in laterizio. Un altro errore ricorrente è l’aumento delle masse in gioco con conseguente stravolgimento della situazione di carico. Oggi invece si tendono a realizzare cappe in cemento molto sottili (4-8 cm) che collaborano con la vecchia struttura senza sostituirsi ad essa.
cappa rigida
una cappa armata eccessivamente rigida può portare allo scarico della volta
Spesso si utilizzavano dei connettori per collegare la cappa in cemento alla vecchia volta in laterizio, questo metodo è, a mio avviso, troppo invasivo, e può portare ad accumuli locali di tensione che possono portare a rotture locali.
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Intervento con connettori.


Le fasi dell’intervento
  • Puntellamento: il puntellamento deve avere una base di appoggio di tutto il sistema dal quale si dipartono dei ritti che sostengono la centina, cioè un sistema reticolare il cui profilo ha la forma della volta da sostenere.
  • Rimozione dei pavimenti e dei rinfianchi: dopo aver rimosso i pavimenti ed il sottostante massetto si procede rimuovendo il rinfianco in modo uniforme ed a mano, evitando le vibrazioni provocate dai martelli pneumatici. La rimozione uniforme del rinfianco evita l’effetto negativo che si verrebbe a generare con un’asportazione asimmetrica dei materiali. Una volta asportato tutto il materiale si procede ad un accurata pulitura mediante soffiatura e lavaggio dell'estradosso della volte sino alla completa messa a nudo dei conci.
  • Realizzazione cappa: formazione di idonei fori nelle murature perimetrali, da realizzare con perforazioni del diametro di mm 36, ad interasse non superiore a 50 cm, armate con tondini di acciaio del diametro di mm 10/12, debitamente ancorati mediante colla epossidica. Formazione dell'armatura della cappa con rete elettrosaldata del diametro massimo di mm 6 (meglio 3/4) a maglie di cm 10 x 10 (o con maglie più strette e diametri minori) in acciaio zincato, opportunamente fissata ai collegamenti con i muri perimetrali mediante legatura con filo di ferro o mediante saldature, stesa dello strato di colla epossidica di interfaccia tra la volta in laterizio ed il nuovo getto (preferita ai connettori per evitare concentrazioni di tensioni sulla volta), e getto della cappa di cemento fibrorinforzato o strutturale alleggerito tipo Leca1400 dello spessore di 4-5 cm.
  • Getto rinfianchi: una volta terminata la fase di indurimento della cappa si esegue il ripristino dei rinfianchi in materiale cellulare alleggerito. I prodotti in argilla espansa grazie alla loro leggerezza sono i più idonei per questo tipo di applicazioni.
  • (eventuale) soletta: formazione di idonei fori nelle murature perimetrali, da realizzare con perforazioni del diametro di mm 36, ad interasse non superiore a 50 cm, armate con tondini di acciaio del diametro di mm 10/12, debitamente ancorati mediante colla epossidica. Formazione dell'armatura della soletta con rete elettrosaldata del diametro di mm 8 (eventualmente più piccolo) a maglie di cm 15 x 15, opportunamente fissata agli agganci predisposti mediante saldature o legature. Getto della soletta di spessore cm.5.

consolidamento volta 1
Esempio di intervento: pianta


consolidamento volta 2
Esempio di intervento: sezione


Ovviamente essistono varie idee e soluzioni, questa è quella che preferisco. Avete suggerimenti, critiche o altri metodi validi da proporre?


A presto, Braian.




Riferimenti:
i disegni dell’intervento sono ad opera del mio amico e collega Geom. Francesco Mearelli

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20 commenti:

  1. Buongiorno,
    se posso vorrei fare un appunto:
    mi sento di sconsigliare vivamente tale intervento, perchè oltre che invasivo aumenta in modo indiscriminato la rigidezza nel piano, modificando pesantemente il comportamento sismico delle volte in muratura.
    Inoltre nell'esempio viene applicato su una volta in foglio (spessore 5 cm), in questo caso gli spinotti di collegamento tra soletta in c.a. e volta sono di difficile applicazione, pertanto in caso di sisma si può verificare il crollo di una parte di struttura voltata.
    Esistono degli interventi meno invasivi che producono risultati migliori, rimanendo nella medesima tipologia si può ad esempio eseguire una cappa in malta di calce con rete in fibra di vetro o basalto, sempre collegata tramite spinotti o fiocchi in fibra alla muratura perimetrale; limitando lo spessore a pochi cm.
    Ciao
    Paolo

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  2. A proposito di interventi poco invasivi mi sento di segnalare la seguente pubblicazione che reputo degna di nota:

    http://www.jurina.it/pubblicazioni/1999-consol_attivo_%20archi_volte_Assisi.pdf

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  3. Buongiorno Paolo e grazie mille per il tuo intervento: un confronto di opinioni è sempre costruttivo.
    Sono assolutamente d'accordo con te sulla questione dei connettori, come puoi notare nell'articolo li ho definiti un "errore del passato". Mai mi sognerei di intervenire così drasticamente su una volta.
    Per quanto riguarda la rigidezza della cappa ho consigliato uno spessore molto basso (4 centimetri per una volta a folgio come quello nell'esempio). Il comportamento di questa controcappa è quello di una membrana.
    Secondo la mia opinione la rete in fibra di vetro è ottima ma ha costi sensibilmente maggiori. Ho consigliato una rete eletrosaldata di spessore molto piccolo (in commercio si trovano phi 3 con passo 5x5 cm) perchè è facilmente lavorabile e meglio si adatta a seguire la forma della volta.
    Ho fatto una modellazione FEM di questo intervento all'università, se può interessare magari ne parlerò in un prossimo articolo.

    Sperando di leggere ancora la tua opinione in queste pagine ti auguro una buona giornata (ormai buona serata)

    Braian.

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  4. Certo, sarei molto interessato a continuare la discussione magari con un altro post...
    Segnalo inoltre un articolo (aimè a pagamento) dove appunto si esegue una modellazione FEM per questo tipo di intervento:

    Proportioning Criteria for Traditional and Innovative Extrados Techniques for the Strengthening of Barrel Vaulted Structures Subjected to Rocking of the Abutments

    Luca Ferrario, Alessandra Marini, Paolo Riva and Ezio Giuriani


    A presto
    Paolo

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  5. Allora appena ho un attimo preparo un articolo sull'analisi FEM, intanto segnalo questo articolo con una modifica all'intervento da me proposto degli ing. N.Gucci e A.De Falco (veramente bravissimi) anch'esso correlato da un analisi agli elementi finiti:
    http://eprints.bice.rm.cnr.it/914/1/N.12-2008GUCCI_Natale.pdf

    Paolo se vuoi potresti preparare un piccolo articolo sulla tua proposta di intervento ed inviarmela all'indirizzo braian.ietto@ingegneriaedintorni.com

    A presto, Braian.

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  6. Salve, ho alcune considerazioni in merito:
    - attenzione a considerare strutturale alleggerito un getto di soli 3-4 cm. di Leca1400, non è consigliabile fare meno di 5 cm. altrimenti con una minima sollecitazione tende a disgregarsi, non solo, il modulo di elasticità del calcestruzzo alleggerito eseguito con Leca1400 (e anche altri) è molto basso e pertanto si rischia di eseguire un falso consolidamento in quanto le sollecitazioni vengono trasferite solo in minima parte alla cappa armata (scarsa rigidezza), megli cls fibrorinforzato;
    - io ricostruirei anche i frenelli, sempre meglio di un getto alleggerito di quella portata ... ;
    - attenzione al lavaggio delle volte, sono spesso (a regola tutte!) costruite con gesso ed al gesso non piace l'acqua;
    - i rinfianchi in prossimità delle reni devono avere uno spessore maggiore per ricentrare lo sforzo nello spessore, quindi lo spessore del consolidamento deve crescere man mano che procede verso le imposte (la soletta sarà anche armata, ma di spessore esiguo, deve continuare a lavorare il più possibile a sforzo normale e non flessione);
    - l'osservazione che in zona sismica una cappa irrigidente possa modificare pesantemente (si deduce in "senso negativo") il comportamento di una volta ritengo che non sia supportato da una corretta valutazione del sistema strutturale "volta".

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    1. Mi scuso per la risposta tardiva ma mi ero proprio dimenticato:
      - L'utilizzo della Leca1400 è un ottimo metodo per limitare i pesi. Nella mia esperienza ho avuto sempre ottimi riscontri nel suo utilizzo. Concordo che ha un modulo elastico basso ma questo è anche un vantaggio: in questa maniera si evita che la cappa superiore sia troppo rigida e così scarichi la volta in laterizio.

      - La scelta di uno spessore così ridotto è riferito alle volte dette "sottili" o "in foglio" cioè realizzate con mezzane disposte a taglio tipiche della Toscana.

      - come giustamente ha detto tutte le volte sono realizzate utilizzando il gesso che ha la reazione di presa reversibile. Il termine lavaggio non voleva essere essere associato forzatamente all'acqua.

      Non mi è ben chiara l'ultima considerazione: io volevo semplicemente dire che una controvolta eccessivamente rigida richiama a se un'azione sismica maggiore.


      Ovviamente nessun metodo può essere universale e sta all'esperienza del progettista valutare di volta in volta metodologie, materiali e spessori dell'intervento.
      Questo articolo vuole solo essere un esempio di intervento specifico per una volta sottile e molto ribassata.

      Ritengo comunque molto costruttivo qualunque confronto.

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  7. Salve

    Sono uno studente di ingegneria di Firenze e sto seguendo per la mia tesi triennale un cantiere di ristrutturazione di una chiesa con volte a crociera, sono stati utilizzati frenelli in laterizio e nastri in fibre di vetro. Avrebbe qualche testo da consigliarmi che tratti tale argomento?
    Oltre alla differenza economica, quali pro e contro vede nelle due soluzioni? (cappa armata e rete di fibra di vetro con frenelli?

    Da quel (poco) che so i frenelli sono una soluzione migliore rispetto ad un riempimento dell'estradosso con materiale alleggerito in quanto impediscono la fessurazione all'imposta dell'arco, inoltre limitano le deformazioni della volta (ad esempio, in caso di carico eccentrico limitano l'innalzamento della parte opposta a quella d'applicazione del carico).

    Rinnovo i complimenti al blog che trovo sempre molto interessante, saluti

    Valerio

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    1. Ciao Valerio,
      scusa se rispondo con ritardo ma il tuo commento mi era proprio sfuggito.

      I frenelli sono sempre un ottima soluzione, irrigidiscono la volta (come hai giustamente detto) in più la alleggeriscono permettendo di appoggiarci sopra il solaio. Tieni comuqnue conto che anche un riempimento per quanto leggero ha una sua rigidezza.

      Per come la vedo io però li consoliderei dove sono preesistenti ma non andrei ad inserirli dove non erano stati previsti onde evitare un cambiamento nel funzionamento della volta
      (è una semplice impressione personale).

      Come libro io ti consiglio "I COMPOSITI NEll'INGEGNERIA STRUTTURALE" di F.Clementi e S.Lenci.
      E' un libro gratuito realizzato dall'ordine degli ingegneri di Ancora (prova a scrivergli).

      Vantaggi cappa:
      - metodo con esperienza pluridecennale
      - costo
      - materiali classici e non richiede manodopera specializzata.

      Svantaggi:
      - irreversibile
      - se fatto in maniera errata può peggiorare lo stato di fatto.

      fasce di fibre di vetro:
      Pro:
      - leggero
      - (forse) reversibile

      contro:
      - Problemi di delaminazione nelle zone di ancoraggio
      - durabilità (questo è un mio pensiero.)

      In bocca al lupo per la tesi, Braian

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  8. Non c'è problema :) anzi grazie per la risposta.

    Ho letto l'indice online del libro ed è sicuramente interessante e direi che fa proprio al caso mio, perdoni l'ignoranza ma non ho capito cosa intende per "libro gratuito" ?
    Se non ho visto male, è in vendita e viene 50€.

    Sulla durabilità delle fasce ha qualche dubbio anche il responsabile del mio tirocinio....però i vantaggi di questo metodo lo hanno portato a preferirlo. Mi diceva che la soluzione con cappa tra gli svantaggi ha la formazione di umidità tra cappa e volta, conferma? Non ho ben capito se è un problema "fisiologico" di questa soluzione o è funzione della buona realizzazione della cappa?

    Grazie ancora per la risposta, crepi.

    Valerio

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  9. Ciao, sono marco un collega di Viareggio, proprio in questi giorni ho a che fare con un intervento del genere (su pisa), e già prima di scoprire il tuo sito pensavo di intervenire come dici te, soltanto essendo la prima volta che ho a che fare con una volta (scusa il gioco di parole) mi è stato molto utile raffrontarmi con la tua esperienza.
    Ho ancora qualche dubbio, che magari pui aiutarmi a risolvere.
    Intanto per problemi di altezze non realizzerò l'(eventuale) soletta ma solo la cappa. Tu parli di cucitura della muratura in direzione trasversale, avendo a che fare nel mio caso, con una volta a "sesto ribassato" o addirittura con volta “a schifo” o “a specchio” (quindi poco pronunciata) mi chiedo se la cappa possa avere la funzione di una sorta di "piano" rigido, nel qual caso, affrontando l'intervento (complessivo) come Migliramento Sismico avrei pensato di modellare la volta nello stato attuale come solaio flessibile (il software di calcolo mi da la possibiltà di modellarlo proprio come volta considerando quindi anche le forze spingenti) nello stato di progetto come solaio rigido (comunque più rigido dello stato attuale). Quindi in sostanza, a differenza di Paolo, sarei contento se la cappa aumentasse la rigidezza nel piano ottenendo un miglior comportamento nei confronti delle azioni sismiche avvicinandomi ad un comportamento "scatolare"
    che dici?

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  10. P.S. con la realizzazione dell'(eventuale) soletta piana possiamo senz'altro considerare il piano rigido rispetto alle azioni complanari?

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    Risposte
    1. Ciao Marco,

      Secondo me per poter considerare il funzionamento a piano rigido la soletta è necessaria.

      Sei sicuro di voler classificare l'intervento come miglioramento? Forse riesci a rientrare nell'intervento locale.

      Braian

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  11. Ciao Braian,
    grazie mille per la celerità nella risposta;
    Non ti ho descritto l'intervento nel suo complesso.
    Il fabbricato è costituito da un piano primo e da un sottotetto accessibile mediante una scala che parte dal piano terra, serve il piano primo e termina appunto nel sottotetto.
    I solai (piano primo e piano sottotetto) della parte centrale del fabbricato, dove si sviluppa la scala sono in longarine e tavelloni, I solai (piano primo e piano sottotetto) delle due parti laterali, sono invece solai a volta, tre al piano primo (una volta è già stata sostituita da un solaio piano) e 4 nel sottotetto. le volte proiettate in pianta hanno dimensioni 4x4 m. Il progetto prevede la sostituzione delle volte del sottotetto con solai unidirezionali in longarine e tavelloni e soletta in c.a. per guadagnare in altezza. Mentre pensavo di consolidare solamente le volte a piano primo. E' per questo che ti ho parlato di Miglioramento; Sostituendo le volte di sottotetto con un solaio piano in acciaio ritengo che si modifichi il comportamento globale dell'edificio.
    Attendo con piacere le tue considerazioni.

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  12. Avendo eseguito un intervento di consolidamento su più volte, proprio due settimane fa, in un cantiere di cui sono il direttore tecnico, ritengo di poter dire la mia sul vostro blog. Le volte in questione erano volte a padiglione con vistose lesioni strutturali all'intradosso. tali strutture settecentesche vennero realizzate in tavelle di calcarenite poste a contrasto. La scelta è stata quella di iniziare le opere, chiaramente dopo le puntellature, con lo svuotamento dei rinfianchi all'estradosso, realizzati per altro con sabbione, sfabbricidi e carcasse di animali distribuite qua e la. La seconda fare è stata quella di eseguire delle perforazioni armate con ferri fi 10 bloccati con una resina speciale idonea agli ancoraggi. Tali barre, nel mio caso lunghe 60 cm, sono state da me progettate con un uncino terminale, uncino utile all'aggancio sulla rete di cappatura, una maglia 15x15 fi 5. Distribuita uniformemente la rete, bloccata in corrispondenza degli uncini e rigirata per 50 cm sulle murature perimetrali, si è proceduto al getto della cappa strutturale con un massetto strutturale alleggerito LECA 1400 da 25 MPA. Massetto che non superava i 5-6 cm di spessore. A calcestruzzo indurito la struttura è stata riempita nei rinfianchi con argilla espansa e completata con uno strato 5 cm di argilla imboiaccata. Superficie idonea per le successive ramificazioni impiantistiche ed il massetto di sottopavimentazione.

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  13. Ciao e tutti, mi dovrò occupare a breve della progettazione di una cappa armata su alcune volte a botte con mattoni in folio. Volevo chiedervi se per il loro dimensionamento e verifica utilizzate la modellazione FEM oppure usate formulazioni semplificate approssimate. Naturalmente intendo in ambito professionale e non della ricerca.
    Vi ringrazio fin d'ora per il votro aiuto.
    Anna

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  14. Salve, premetto che sono neo laureato. Mi interesserebbe sapere come posso studiare questo intervento senza scomodare l'analisi FEM.In particolare come valutare la ripartizione delle forze fra la cappa e la volta in muratura in modo da poter eseguire le verifiche del caso.
    Ringrazio chi mi darà indicazioni in merito e chi comunque presta attenzione al post :-)

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  15. Riccardo Sampietro12 marzo 2016 19:59

    Ciao Braian,
    innanzitutto vorrei farti i complimenti per il sito. Ho trovato molti articoli interessanti.
    Premetto che mi sono occupato di diversi consolidamenti di volte con cappa in calcestruzzo e che condivido molte delle tue considerazioni.
    Vorrei segnalare ai colleghi un rischio rilevante in fase di cantiere: nel momento in cui si svuota la volta, diminuisce sensibilmente lo stato di compressione al punto che può generarsi la fessurazione della volta (o addirittura al crollo se il puntellamento è inadeguato).
    E' evidente che la decompressione della volta avviene solo se i muri hanno subito delle deformazioni / cedimenti (fenomeno tutt'altro che raro e purtroppo non sempre visibile).
    Si possono prendere diverse contromisure, tra cui catene temporanee o permanenti, preferibilmente all'intradosso.
    Buon lavoro a tutti.

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    Risposte
    1. Mi trovi assolutamente d'accordo con le tue precisazioni.
      Gli archi e le volte sono una mia grande passione e amo intervenire per salvaguardarle.
      Grazie per i consigli e i complimenti.

      Braian

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  16. Ciao io sto restaurando delle volte a crociera di una vecchia stalla, dopo averle puntellate e svuotate sopra ho messo in opera la rete in basalto tra la calce (kerakol) con i fiocchi e le catene in ferro. Adesso devo riempirla con della leca (cls alleggerito). È vero che è un materiale che attira l umidità e che si disgrega? In alternativa cosa ne pensi di livellare le volte con del polimix e sovrastarle con una soletta di 10 cm in cemento armato ?

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