CONSTRAIN

Obbiettivi principali del progetto

Il progetto CONSTRAIN si prefigge l’obbiettivo di aumentare le ricadute della ricerca scientifica sul tessuto produttivo dell’area programma in tema di sicurezza sismica e, in particolare: di individuare una metodologia comune per affrontare il rischio sismico, basata su interventi ottimizzati di riduzione della vulnerabilità sismica delle costruzioni esistenti in muratura per aumentare la sicurezza dei cittadini, prevalentemente attraverso l’impiego dei moderni materiali compositi fibro-rinforzati applicati all’esterno dell’edificio e di ottenere una loro rapida diffusione e applicazione sul territorio.

Situazione finale dell'implementazione progttuale (28.02.2022)

La sinergia di competenze nel campo del settore produttivo, esecutivo e della ricerca dei partner coinvolti ha permesso l’innovazione nell’ambito degli interventi di consolidamento strutturale e la rapida diffusione delle conoscenze ed esperienze acquisite sul territorio attraverso numerosi seminari tenuti presso scuole del settore costruzioni, ambiente e territorio, ordini professionali, enti preposti al controllo della sicurezza ed efficienza delle costruzioni (ATER, Protezione Civile, Soprintendenze, ecc.), raggiungendo un’ampia platea di addetti coinvolti negli interventi per la riduzione della vulnerabilità sismica delle costruzioni.

Il progetto ha contribuito alla realizzazione di un’economia sostenibile tramite la salvaguardia del patrimonio ambientale e alla corretta valutazione dei rischi dovuti al sisma che riguardano il patrimonio edilizio.

Lo studio ha prodotto un’analisi critica delle tecniche di rinforzo più utilizzate nella pratica, in cui vengono evidenziati: criteri di progettazione, modalità di esecuzione, efficacia, invasività, tempistiche, costi, limiti dell’applicabilità, ecc. Nello stesso ci si è concentrati successivamente sull’analisi delle tecniche a limitata invasività.

Il progetto ha sviluppato e analizzato attraverso numerose prove sperimentali, una tecnica d’intervento ad elevata efficacia e a basso impatto sui residenti e sulle attività che hanno luogo negli edifici. La ricerca sulle prestazioni della tecnica di rinforzo e sui metodi di simulazione della stessa è stata raccolta in due rapporti tecnici.

Attività

Le diverse attività che sono state svolte dai partner nell’intero periodo del progetto vengono di seguito descritte.

Coordinamento amministrativo e scientifico

Inizialmente è stata organizzata la programmazione esecutiva delle attività tecnico-scientifiche e la condivisione delle attività con i partner. Sono state eseguite le procedure per la comunicazione esterna delle attività, preparando adeguatamente la pagina del sito web del progetto con la creazione dell’immagine rappresentativa, l’inserimento dei loghi dei partner ed è stato preparato un poster di sintesi del progetto, da esporre nelle sedi dei partner. Il sito web è stato continuamente aggiornato con documenti che sintetizzano l’attività svolta in ogni semestre di progetto, e riportando gli aspetti salienti di tutte le prove sperimentali eseguite, mettendo a disposizione sui social i principali dettagli sulle attività sperimentali.

Sono stati organizzati incontri telematici e in presenza con i singoli partner e in forma collegiale con tutti i partner per l’aggiornamento periodico sullo stato di avanzamento.

In merito alla campagna sperimentale prevista, sono stati curati con rigore tutti gli aspetti tecnologico-costruttivi e i dettagli tecnici riguardanti la costruzione e la sperimentazione dei campioni di prova, necessari alla caratterizzazione di diverse tecniche di intervento poco invasive per edifici esistenti in muratura (prove di taglio-compressione e flessione fuori piano di maschi murari, prove di flessione e taglio delle fasce di piano, prove di flessione fuori piano di muri a C e cordoli sommitali, prove di caratterizzazione dei materiali e della muratura) e dell’edificio pilota, nelle loro configurazioni non rinforzate e rinforzate.

Sono state coordinate le attività seminariali previste per la divulgazione dei risultati della ricerca presso scuole, ordini professionali, enti pubblici/privati del settore edile e istituti pubblici preposti al controllo delle attività edili, sia in Italia che in Slovenia.

Analisi documentale e definizione di tecniche di limitata invasività e rapida esecuzione

In collaborazione con i partner, è stata completata una raccolta di documentazione tecnica sul patrimonio edilizio storico in muratura dell’area di progetto, per comprenderne la consistenza ed evidenziando il tipo di materiali impiegati, il periodo di costruzione ed altri dettagli tecnologico costruttivi caratterizzanti la vulnerabilità sismica delle costruzioni (distribuzione delle aperture, collegamenti tra pareti e con i solai, presenza di legature e/o cordoli di piano).

Sono state raccolte le tecniche di intervento per la riduzione della vulnerabilità sismica di edifici in muratura utilizzate nelle costruzioni dell’area di progetto, riscontrando sensibili differenze fra quelle utilizzate in Slovenia e quelle utilizzate in Italia. In Slovenia sono maggiormente legati a tecniche tradizionali (iniezioni di malta, intonaco armato con reti metalliche e malta cementizia, scuci e cuci) mentre in Italia sono molto più diffuse tecniche moderne con impiego di fibre (vetro, carbonio, acciaio) disperse in matrice polimerica o inorganica.

Per tali tecniche sono stati discussi ed analizzati i punti di forza e punti di debolezza sulla base delle conoscenze acquisite dallo studio delle pubblicazioni scientifiche disponibili in letteratura e dall’esperienza sperimentale e teorica di alcuni partner. In questo studio sono state evidenziate anche le peculiarità riguardanti la progettazione e l’esecuzione di questi rinforzi, senza trascurare gli aspetti legati alla compatibilità dei materiali con quelli esistenti, la durabilità e l’invasività sulla costruzione esistente.

Sono stati raccolti studi sulle tecniche di rinforzo mirate a legare assieme le parti murarie della costruzione per contrastare la dislocazione/ribaltamento delle parti strutturali che compongono la costruzione (maschi murari, fasce di piano). Questi sistemi hanno il pregio di essere poco invasivi con interventi semplici e locali, spesso eseguiti solo all’esterno dell’edificio.

RAPPORTO TECNICO: Problematiche degli edifici in muratura esistenti e raccolta delle tecniche di rinforzo disponibili

È stata condotta un’analisi dettagliata di quanto presente nella letteratura evidenziando le notevoli carenze di studi sperimentali. Sono state, quindi, sviluppate e perfezionate simulazioni numeriche, per comprendere le prestazioni e le criticità di questi rinforzi e per permettere di definire modelli sperimentali in grado di rappresentare correttamente le situazioni reali dell’elemento nella costruzione. Fra queste tecniche sono state prese in considerazione e studiati, con simulazioni numeriche di dettaglio per analizzarne le potenzialità di realizzazione, i cordoli sommitali in muratura armata con reti in composito, molto utili per gli edifici di carattere storico-architettonico, per la loro trascurabile invasività, e le legature con nastri incollati a base di fibre, applicati su un solo lato della muratura. Le reti in composito sono reti preformate costituite da fibre di vetro o carbonio rivestite con resine polimeriche FRP (Fiber Reinforced Polymer); i nastri sono in vetro, carbonio o acciaio e possono essere incollati sulla superficie della muratura con resine epossidiche (FRP) o con malte cementizie o di calce (FRM – Fiber Reinforced Mortar).

Sono state considerate e studiate numericamente, le tecniche di rinforzo di superficie applicate su un solo lato della muratura, per consentire interventi solo dall’esterno, evitano quindi di spostare le persone che si trovano all’interno degli edifici con i conseguenti disagi. Nello specifico l’attenzione maggiore è stata concentrata sull’applicazione di intonaco armato con rete preformata in fibre di vetro o di carbonio. Nella letteratura ci sono studi con applicazioni da un solo lato che evidenziano prestazioni deludenti, però, va ricordato che le sperimentazioni utilizzate per verificare l’efficacia riguardano prevalentemente prove di compressione diagonale. Questo tipo di prova non consente di rappresentare correttamente lo stato di sollecitazione reale di una parete o fascia di piano in quanto non considera gli effetti dei vincoli. Le simulazioni numeriche preliminari hanno permesso di verificare le prestazioni attese e di definire le caratteristiche dei campioni di prova da testare nella campagna sperimentale. Nello studio sono stati presi in esame sia campioni di muratura soggetti a sollecitazioni nel piano che campioni soggetti a sollecitazioni flessionali fuori piano.

Questi studi numerici hanno consentito di raccogliere importanti informazioni sul comportamento di edifici rinforzati con queste tecniche.

Prove sperimentali

Tenendo conto delle simulazioni numeriche condotte nell’ambito del WP3.1 e con l’integrazione di altre modellazioni riguardanti le prove di taglio-compressione e le prove su fasce di piano (spandrels), sono stati progettati i campioni da sottoporre a prova sperimentale presso i laboratori dell’Università di Trieste, dell’Università di Lubiana, della ditta Fibre Net e dell’Università di Brescia, quest’ultima individuata per l’esecuzione della prova sull’edificio pilota. Nella progettazione dei campioni si è tenuto conto di tutti i dettagli costruttivi necessari per consentire l’esecuzione delle prove specifiche previste in sede di sviluppo del progetto di ricerca. Particolare attenzione è stata posta nella scelta dei materiali da utilizzare per la costruzione dei campioni di prova. In particolare, sono stati scelti elementi lapidei per la muratura rappresentativi di molte murature esistenti in pietra sia in Italia che in Slovenia. Allo scopo era stato scelto di utilizzare pietre prelevate da edifici demoliti della zona terremotata del Centro Italia e ci si era rivolti al COI di Amatrice-Accumoli, che ha indicato due cave. Purtroppo, a causa del COVID-19, sono state interrotte le demolizioni a partire dal novembre 2020 senza alcuna informazione sulla data di ripresa. È stato quindi necessario cercare una soluzione alternativa per l’approvvigionamento delle pietre, individuando le cave del Consorzio Cavatori Credaro (BS). È stato progettato il mix design delle malte ed è stata commissionata ad un’azienda che produce malte la preparazione di una malta premiscelata, in modo da avere una omogeneità di materiale nei vari campioni.

Tenendo conto di quanto acquisito, sia a livello di ricerca documentale che a livello di modellazioni numeriche preliminari di simulazioni delle prove previste, è stata completata la fase di progettazione di tutti i campioni da sottoporre a prova sperimentale.

Nella progettazione sono state curate con molta attenzione le peculiarità dei materiali che sono stati utilizzati nella costruzione dei campioni.

Sono stati progettati e preparati gli elaborati grafici degli apparati sperimentali per l’esecuzione di tutte le prove previste: taglio-compressione, taglio-flessione fasce di piano, flessione fuori piano sia verticale che orizzontale, elementi a C, cordoli sommitali e prove sull’edificio pilota; definendo i dettagli dei dispositivi che dovevano essere costruiti o integrati ad apparecchiature di base esistenti e ne è stata commissionata la costruzione. Sono quindi stati realizzati gli apparati di prova ed è stata progettata nel dettaglio la disposizione degli strumenti di misura nelle varie prove sperimentali previste con i rispettivi dettagli di applicazione degli stessi sui campioni.

Con la collaborazione della ditta Veneziana Restauri e Kolektor CPG, sono stati costruiti tutti i campioni di prova previsti presso i rispettivi laboratori.

Le malte utilizzate per costruire i campioni e il rinforzo sono state campionate e testate per valutarne la resistenza.

Sono state eseguite 8 prove di taglio-compressione su maschi di muratura (3 di pietra, 2 di mattoni a singolo paramento e 3 di mattoni a doppio paramento) non rinforzati, rinforzati con intonaco armato da un solo lato e da entrambi i lati e 3 prove di flessione verticale fuori piano di maschi in muratura (1 di pietra, 1 di mattoni a singolo paramento e 1 di mattoni a doppio paramento) rinforzati con la stessa tecnica da un solo lato, presso l’Università degli studi di Trieste.

Sono state eseguite 8 prove di flessione e taglio nel piano su fasce sopra-apertura di parete in muratura (4 non rinforzate e 4 rinforzate con intonaco armato, di cui la metà in pietra e l’altra in mattoni) e due prove di flessione orizzontale fuori piano di cordoli sommitali (1 in pietra e 1 in mattoni) rinforzati con rete in composito inglobata nei giunti di malta, presso l’Università di Ljubljana.  Presso lo stesso laboratorio sono stati costruiti e sottoposti a prova di compressione centrata 2 campioni per ciascun tipo di muratura considerato, per la caratterizzazione del materiale.

Sono state eseguite 2 prove di flessione orizzontale fuori piano di campioni di muratura a C (1 in pietra e 1 in mattoni) presso il laboratorio della ditta Fibre Net.

Infine, presso il Laboratorio dell’Università di Brescia è stato costruito e sottoposto a prova di carico orizzontale ciclico un edificio pilota di due piani in muratura di pietra a doppio paramento e con solai di piano e di copertura in legno. Sono stati curati tutti i dettagli costruttivi, seguendo costantemente la costruzione dell’edificio. Anche i dispositivi per l’applicazione del carico sono stati curati nel dettaglio, per evitare indesiderate sollecitazioni parassite durante le prove. Sono stati registrati sia i valori della storia di carico applicata, sia gli spostamenti globali e/o relativi di numerosi punti della struttura (54 trasduttori di spostamento e 6 celle di carico). La prova nella configurazione non rinforzata ha consentito di ricavare la risposta dell’edificio fino al raggiungimento di un livello di danneggiamento immediatamente precedente al collasso, per permettere di eseguire la riparazione/rafforzamento con la tecnica prevista ed eseguire una seconda prova sulla configurazione rinforzata. Sono quindi state eseguite tutte le operazioni di rinforzo previste, in particolare è stato applicato il rinforzo solo sulla faccia esterna della muratura dell’edificio pilota, costituito da intonaco armato con rete in GFRP con l’aggiunta di diatoni artificiali, per legare i due paramenti. Le operazioni sono state eseguite presso il Laboratorio Pietro Pisa dell’Università di Brescia. La prova dopo l’applicazione del rinforzo ha consentito di ricavare la risposta dell’edificio fino al raggiungimento di un livello di danneggiamento prossimo al collasso. Sono state eseguite anche delle misure dinamiche, prima e dopo l’esecuzione della prova, per evidenziare le variazioni delle frequenze proprie dell’edificio.

Di tutte queste prove sono stati raccolti i risultati della forza applicata e dei valori di spostamento assoluti/relativi in diversi punti del campione. Per l’edificio pilota sono state inoltre condotte delle misurazioni con accelerometri ad alta sensibilità con forzante naturale, in modo da rilevare i modi di vibrare propri della struttura prima e dopo le prove dell’edificio non rinforzato e rinforzato.

Analisi dei risultati sperimentali

È stata eseguita la restituzione grafica dei risultati sperimentali con i relativi commenti riguardanti l’interpretazione dei riscontri delle prove. Sono stati messi a confronto i risultati delle prove su campioni rinforzati con quelli delle prove su campioni non rinforzati, per evidenziare l’efficacia del rinforzo. Sono stati anche comparati i risultati riguardanti diverse tipologie di muratura, per segnalare in quali la tecnica di rinforzo ha mostrato la maggiore efficacia. I risultati delle prove sperimentali sono stati ampiamente discussi con i vari partner per poter condividere una interpretazione comune da divulgare nei seminari.

Sono stati sviluppati modelli numerici per la simulazione delle prove sperimentali con relativa attività di calibrazione e affinamento dei modelli stessi sulla base dei risultati sperimentali. Sono, infatti, state simulate numericamente tutte le prove sperimentali con modelli caratterizzati da diversi livelli di accuratezza, per calibrare quelli più adeguati all’utilizzo in ambito professionale.

È stata infine completata la stesura del rapporto tecnico finale delle attività svolte, integrato dei risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche.

RAPPORTO TECNICO - parte 1: Campagna Sperimentale e Simulazioni Numeriche

RAPPORTO TECNICO - parte 2: Campagna Sperimentale e Simulazioni Numeriche

Diffusione e divulgazione dei risultati del progetto

Assieme ai responsabili della comunicazione afferenti alle aziende Fibre Net e IGMAT, è stato pianificato il calendario delle lezioni interattive con gli studenti di 2 scuole Edili e 4 istituti Tecnici italiani e 1 Scuola professionale, 3 istituti Tecnici e 2 corsi di laurea sloveni:

Sono stati tenuti seminari tecnici informativi presso 5 Ordini Professionali degli Ingegneri, la Sede della Protezione Civile Regionale, le sedi ATER di Udine e di Trieste e l’Università di Trieste in Italia e in Slovenia, presso 8 aziende e l’Istituto per la protezione del patrimonio culturale della Slovenia:

Il materiale utilizzato durante i seminari tecnici è stato preparato e distribuito ai partecipanti. In Italia sono stati redatti e presentati due articoli scientifici al Convegno Nazionale di Ingegneria Sismica ANIDIS XIX (11/15 sett. 2022 – Torino), che sono stati pubblicati su Procedia Structural Integrity; mentre in Slovenia è stato redatto un’articolo da conferenza, presentato presso il raduno dei costruttori di costruzioni in muratura della Slovenia (zborovanje gradbenih konstruktorjev Slovenije, Rogaška Slatina, ott. 2021).

Inoltre sono stati preparati e brochure e roll-up per la presentazione del progetto CONSTRAIN all’evento Interreg che si è tenuto all’Hotel Savoia a Trieste il 21 sett. 2022.

Procedia Structral Integrity - ANIDISXI - Masonry piers

Procedia Structral Integrity - ANIDISXI - Pilot Building

Conference paper: Eksperimentalne raziskave utrjenih prekladnih delov kamnitih zidov