Dissesti e metodi di consolidamento - Strutture in legno e in cemento armato

“Il degrado si riferisce alla perdita di caratteristiche superficiali, mentre il dissesto è riferito alla perdita di caratteristiche strutturali”

Cause dei dissesti
Cause dei dissesti: generalita’
Prima di parlare di consolidamento dobbiamo conoscere le cause che hanno portato le strutture edilizie al dissesto.
Le ragioni che portano un tecnico a controllare l’efficienza dell’edificio possono essere 3:
1)Mancata manutenzione
2)Cambio di destinazione d’uso
3)Dissesto fisico che porta al malfunzionamenti dell’edificio.
Caso dell’edificio vetusto e non mantenuto nel tempo
È forse il caso più frequente, gli organismi costruttivi possono essere: strutture in muratura, in legno, in acciaio, o in cemento armato. I casi di dissesto sono divisi in base alla funzione del materiale costitutivo, perdita di funzionalità della copertura dell’edificio e le infiltrazioni umide derivate dalle precipitazioni atmosferiche.
Caso del cambiamento di destinazione d’uso dell’ edificio
Le strutture si presentano in buono stato di manutenzione. Una diversa distribuzione dei carichi permanenti o una diversa collocazione di funzioni può imporre la verifica ed il consolidamento delle strutture esistenti. Ma anche l’aumento del carico accidentale d’uso o la differente distribuzione.
Caso di strutture sottoposte a dissesto geometrico
Ogni singola parte è in equilibrio con quella adiacente, tutto il complesso è in equilibrio, ciascuna parte è internamente in equilibrio. I dissesti che si possono verificare sono conseguenze all’alterazione dell’ equilibrio. Il dissesto viene generato perché si è raggiunto in un punto dell’insieme la tensione di rottura di quel materiale. L’alterazione può essere provocata da un difetto naturale della struttura, un fatto accidentale innescato dalla natura o dall’uomo.

Effetti del dissesto: le lesioni caratteristiche
Nella maggior parte dei casi l’alterazione dell’equilibrio si manifesta con una serie di lesioni. Se in una struttura si ha un’alterazione del regime tensionale che provoca il superamento della proporzione tensione-deformazione, si genera una trasformazione, che è sempre manifestata mediante la lesione.
La lesione è la manifestazione esteriore percepibile e permanente del dissesto che l’ha generata. Percepibile perché si può sempre osservarla e rilevarla, e permanente perché il suo processo non potrà mai invertirsi spontaneamente. Le lesioni possono essere di due tipi:
Lesione deformazione: quando il solido murario subisce una variazione di forma, il materiale è all’interno del campo elastico, per cui basta un minimo aumento di tensione per giungere alla rottura.
Lesione di fessurazione: quando il materiale esce dal campo plastico generando rottura per schiacciamento. Il valore di tensione supera quello di rottura e si ha una “fase di originaria rottura”. La rottura si sviluppa lungo la curva direttrice fessurativa.
C’è quindi un legame tra lesione e rottura:
1)un dissesto provoca sempre una lesione di deformazione o fessurazione
2)un certo tipo di dissesto provoca solo una corrispondente tipo di lesione
3)un certo tipo di lesione può essere generata da 1 certo tipo di dissesto.
Primo principio della teoria della fatiscenza muraria:
1° enunciato: condizione necessaria e sufficiente affinché il comportamento di una struttura permanga in ogni punto all’interno del proprio campo elastico.
2°enunciato: condizioni necessarie per stabilità e durabilità: distribuzione delle tensioni agenti sulle sezioni orizzontali delle membrature deve essere uniforme.
L’entità delle tensioni agenti sulle membrature deve essere inferiore di S volte alla corrispondente tensione di rottura , dove S è il coefficiente di sicurezza adottato in fase di progetto.
Secondo principio della teoria della fatiscenza muraria: dissesto statico e lesione caratteristica
Ciascun dissesto genera sempre una manifestazione esteriore sensibile, la sua lesione caratteristica; ciascuna lesione caratteristica è sempre la manifestazione dell’ unico possibile dissesto corrispondente.
Terzo principio della teoria della fatiscenza muraria: percorso metodologico dalla diagnosi alla terapia
Studi della diagnosi:
1) lettura delle lesioni caratteristiche per riconoscere i dissesti 2)individuazione della causa perturbatrici foriere dei dissesti riconosciuti
Studi della terapia:
3) rimozione delle cause perturbatrici 4)rivitalizzazione dell’ efficienza statica perduta dalle parti colpite dal dissesto.
Il principio: la diagnosi statica è l’individuazione dei dissesti e della cause perturbatici: obiettivo ultimo della terapia che deriva dalla diagnosi come sua logica ed inevitabile conseguenza, è la rimozione della cause perturbatrici e il risanamento dello stato di fatiscenza prodotto mediante la rivitalizzazione dell’efficienza statica perduta.

Mancata manutenzione: strutture in muratura
L’indebolimento degli organismi strutturali in muratura deriva dalla particolare modalità costitutiva del materiale. La perdita dell’intonaco esterno provoca la perdita di consistenza della malta, il fenomeno si esalta a causa delle infiltrazioni umide negli elementi sostituenti provocando lo sfarinamento del laterizio e della pietra. L’indebolimento dei materiali provoca piccoli crolli vicino a spigoli e aperture e la rottura di architravi. Un altro fattore di deperimento di una struttura muraria è rappresentato dalla perdita di funzionalità degli orizzontamenti (solai o copertura). Le strutture che si trovano accoppiate con quella muraria possono essere:
1)In mattoni o pietrame configurate a volta 2)in legno con travi e travicelli 3)miste di profilati in ferro con volte laterizie 4)a travetti in latero cemento o c.a.p.

Mancata manutenzione: strutture in legno
Il problema è quello dell’ammaloramento delle strutture in legno. I fenomeni che si possono riscontrare:
1)Forte carico prolungato dipende dal comportamento del legno per fluage, si creano deformazioni tali da rendere irreversibile l’elemento costruttivo.
2)azione dell’umidità dell’ ambiente deperimento più temibile per la permanenza di uno stato umido su un elemento in legno che provoca il marcimento delle fibre per via delle colonie micotiche (i funghi consumano la struttura fibrosa) riduce la porzione di legno
3)azione degli insetti xilofagi produce un dissesto strutturale, i principali sono il Tarlo (fori circa 1/1,5mm) e il Capricorno (gallerie 6/8mm), l’insetto adulto produce fori di sfarfallamento mentre la larva produce danni da rosura alla struttura in legno.
4) il ritiro  conseguenza della variazione di umidità e di temperatura dell’ambiente in cui è collocato il legno, se il livello aumenta si ha il marcimento e quando scende al 10% o meno si ha il ritiro della fibra.
5) la conseguenza dell’incendio

Dissesti di strutture in legno
In Italia non sono frequenti costruzioni totalmente in legno ma sono a solai e coperture a falde. In questi due casi i dissesti maggiori sono:
1)il malfunzionamento dovuto ad eccessiva deformazione per fluage
2)dissesto per marcescenza della zona di appoggio.
Nel caso di solai in legno, la parte superiore e quella inferiore sono fra loro connesse con superfici a “dente di sega”, fondamentale per loro è il comportamento reologico del materiale, cioè come esso si comporta nel tempo e in relazione al microclima ambientale. Il solaio si comporta come una volta rimanendo compresso e rigido oppure a rete tesa (cioè sicuro solo quando rimane teso), cosa improbabile nel caso della trave in legno.

Materiali e metodi per il consolidamento strutturale
Generalita’
I dissesti strutturali e le mancate manutenzioni che abbiamo analizzato conducono tutti a situazioni in cui il materiale costituente risulta fratturato o discontinuo. In questi casi il consolidamento riscostruirà la continuità e l’efficienza perduta. Occorre attuare un efficace integrazione del livello prestazionale. È importante allora che si usino materiali e tecnologie molto “adesivi”. Il materiale deve acquisire stabilità volumetrica cioè non deve essere soggetto a ritiro.
I leganti
Il legante più usato è la boiacca di cemento. La boiacca viene additivata con prodotti fluidificanti che permettono di ridurre al massimo il rapporto acqua/cemento e quindi il ritiro dell’impasto, può essere arricchita con bentonite sodica con funzione di addensante o con micro silice per renderla più scorrevole. Infine si aggiunge lattice adesivo. Il cemento da usare è il cemento bianco, per il suo basso contenuto di solfato e di cloruro di calcio rispetto agli altri tipi. La boiacca iniettabile deve non deve avere bleeding (sedimentazione della parti pesanti), impasto deve essere fluido come olio. La miscela può essere di tipo idraulico: migliorata con additivi sintetici che esaltano la fluidità, utili per l’iniezione e adesività. Oppure a gel: con un livello di patosità che riduce la possibilità di colature.
Additivi
Sono composti chimici liquidi o in polvere, che vengono mescolati agli altri inerti o all’acqua di impasto per calcestruzzi, malte o boiacche. I più importanti e comuni sono:
1)fluidificanti  riducono l’acqua di impasto limitando la porosità e il ritiro della miscela
2)gli stabilizzanti di volume  limitano il ritiro della massa di impasto
3)gli espansivi  danno maggior volume all’impasto rispetto a quello iniziale
4)gli aggrappanti lattice adesivo.
Armature
Si usano armature ordinarie in Fe B44K con specifica preferenza delle reti elettrosaldate con filo di piccolo diametro e maglia da 10x10 a 25x25 cm. Se gli interventi sono all’esterno servono reti di tipo zincato o in materiale plastico, o in acciaio inox. Per armature di legatura di getti sottili possono essere anche adottate reti a maglia sciolta di tipo zincato o reti in polietilene.
Macchine e attrezzature per il consolidamento
In particolare la macchine necessarie per le lavorazioni sono:
1)per la puliziaidropulitrici alta pressione, sabbiatrici a secco e ad acqua, pistole ad aghi, pallinatrici
2)per la foratura perforatori manuali a rotazione, carotatori a slitta con punta a tazza, trivelle per micropali
3)per iniezione e placcaggio pompe e mescolatori per boiacche, estrusori da resina, spruzzatrici
TECNOLOGIE APPLICATE
Rincollaggio diretto o la modifica del materiale, per ripristinare la continuità
Affiancamento della struttura dissestata con nuovi elementi strutturali
Modifica o integrazionedello schema statico dell’elemento che si consolida

La riaggregazione delle murature
Pareti
Consolidamento per la continuità delle pareti. Rese discontinue dà :
1)lesioni da dissesto
2)deperimento delle malte o degli elementi costituenti
Con un intervento interno, eliminare la discontinuità presente nella massa muraria “ricementazione o riaggregazione”, o con un intervento esterno, affiancamento di una nuova struttura continua sulla superfice del pannello di muratura “placcaggio”.
Riaggregazione interna della muratura
È un ripristino diretto fatto per:
Sostituzione  di elementi murati degradati con nuova muratura a “cuci e scuci” Armatura localizza degli elementi murari esistenti Iniezione  boiacche adesive con o senza armature matelliche.
Reticoli cementati e rimurature
Consolidamento per reticolo cementato
La metodologia è integrata con la disposizione, entro i fori eseguiti per l’immissione del legante, di barre di armatura metalliche o sintetiche: in tal caso l’intervento è classificabile come una modifica sostanziale del materiale di base: la porzione di muratura così armata è infatti in grado di resistere a trazione. L’estensione uniforme dell’armatura nei fori di iniezione realizza una cementazione armata che prende il nome di reticolo cementato. Il metodo descritto risulta utile per confinare fenomeni di espulsione di materiale per schiacciamento o per rendere collaboranti nuovi elementi murari con la massa esistente.
Consolidamento per muratura a cuci e scuci
È la tecnica tradizionale per il ripristino della continuità di una muratura, ma è applicabile solamente in quei casi in cui la discontinuità è netta e precisamente individuabile: una lesione passante per un pannello, un distacco fra murature ortogonali ecc.. Consiste nel montare nuovo materiale murato a cavallo della discontinuità che si vuole suturare. Il metodo prende il nome di cuci e scuci perché si fa asportando sempre dal basso verso l’alto il materiale fratturato sostituendolo con nuova armatura.

Il placcaggio delle murature
Classificato come un affiancamento di una nuova struttura; in particolare sfrutta il criterio del confinamento laterale: se si confina sulla superficie interna un materiale, esso è in grado di sopportare azioni verticali. La modalità di azione è la seguente:
1)si asporta dalla superficie della muratura il vecchio intonaco, la malta ed il materiale minuto fratturato di facile distacco
2)si pulisce la superficie per abbondante lavaggio o per soffiatura ad aria
3)si realizza un pannello affiancato alla parete esistente, per spruzzatura meccanica, schizzatura manuale o per getto di malta o betoncino adesivo, che prende il nome di placcaggio di superficie. Per esempio un buon intonaco rappresenta l’ intervento di confinamento laterale per una muratura mediamente degradata.

Tirantature
E una tecnica di affiancamento strutturale che permette di confinare dissesti geometrici di pareti che hanno subito distacchi da quelle adiacenti o rotazioni sulla loro giacitura fondale. Il metodo consiste nel disporre barre metalliche che vincolano con una estremità la zona di massima fuoriuscita dalla originale geometria e si ancorano a parti di edificio che si ritengono stabili. È determinante l’uso di catene metalliche che auto equilibrano la spinta sulla imposte di archi o volte. La barra può essere messa direttamente all’interno della muratura che si intende confinare. Le teste di ancoraggio possono essere morte (fisse) o di tiro (dove si attua il tensionamento del tirante). Nel caso in cui si consolidino i solai di un edificio un sistema di tirantature semplice consiste nel disporre incatenamenti diffusi ed incrociati a livello dei solai stessi.

Pilastri
A volte, per successivi interventi di trasformazione, si trovano all’interno di una compagine muraria, elementi che si configurano come pilastri con sezione quadrata, rettangolare, a T o a croce. Quando tali elementi sono sovraccaricati occorre procedere al loro consolidamento. Questo tipo di lesione è indice di uno stato di particolare pericolo per l’elemento murario: il materiale non ha alcuna riserva di resistenza. Il provvedimento è confinare lateralmente la sezione dell’elemento verticale. L’intervento su elementi parallelepipedi si attua con reti metalliche e spillature. Un placcaggio di betoncino adesivo armato con rete leggera completa l’intervento. In caso di colonne cilindriche si dispongono fasce metalliche con dispositivi di tensionamento a cuneo o a vite , che rimangono in vista. Nei casi più problematici si può arrivare alla sostituzione totale del pilastro con uno simile in materiale murario.

Strutture spingenti: archi e volte
Le situazioni di dissesto sono generate dal cedimento delle spalle di appoggio e questi si confinano con: cementazioni, placcaggi ecc..
Per archi e volte si hanno interventi specifici:
Nelle strutture ad arco, si attuano i consolidamenti indicati per le murature ed in particolare si eseguono placcaggi di superficie che “avvolgono” la sezione dell’arco.
Nelle volte, si procede invece ad irrigidire la forma, ovvero anche in tal caso ad incrementare la sezione resistente.
L’irrigidimento di forma: si attua costruendo fra il livello del pavimento piano e la superficie di estradosso una serie di muretti in mattoni a spessore sottile.
Per incrementare la sezione, si procede a placcare la volta a contatto con la superficie di estradosso, con un getto di betoncino adesivo armato e collegato con la struttura originaria stessa.

Consolidamento di strutture in legno
Consolidamento per dissesto locale: travi
L’ appoggio risulta ammalorato a causa della perdita di parte della sezione per marcimento del materiale; causa dovuta all’umidità.
L’ intervento più radicale è la sostituzione dell’ intero elemento o il ripristino del materiale deteriorato (aggiungendo pezzo per pezzo in opera). La sostituzione di un pezzo terminale di una trave (protesi) viene eseguito entro un cassetto di legno o metallico montato a filo o esterno alla sezione esistente.
Il secondo caso, riguarda la carenza meccanica di una sezione centrale della trave in legno, generata dal deperimento del materiale, da carenza di resistenza, e rottura dell’elemento. Si può agire con:
1)Variazione dello schema statico  riducendo la luce dell’ elemento o diminuendo il carico di competenza della trave, oppure disporre una o più travi ortogonali a quella esistente o anche mettendo travi di alleggerimento parallele a quelle esistenti.
2)Affiancamento strutturalecon un elemento inferiore o due elementi laterali in legno o in acciaio che sostituiscono in parte o totalmente la capacità portante iniziale (per bullonatura o incollaggio)
3)Consolidamento localizzato ricostruisce la continuità perduta per rottura delle fibre inferiori integrandone l’efficienza statica.
Il consolidamento si fa affiancando alla zona interrotta un elemento di piccolo spessore ma di elevata resistenza a trazione.

Consolidamento di orizzontamenti in legno
Consolidamento esteso del solaio in legno
E’ applicabile ai soli elementi principali di un solaio o a tutta la superficie e coinvolge anche le strutture di bordo. Nella prima tecnica proseguiamo placcando superiormente il solaio, mediante sovrastrutture che collegano insieme tutti gli elementi costituenti e ripartiscono il più possibile i carichi superiori. L’intervento più semplice viene realizzato su solai con tavolato superiore a sostegno della pavimentazione. Successivamente si sovrappone a quello vecchio un nuovo tavolato, collegato con connessioni metalliche.
La seconda tecnica, si attua con il placcaggio superiore in calcestruzzo. Si forma così una struttura di materiale composito legno/calcestruzzo. E’ costituita da un getto di calcestruzzo adesivo con specifici additivi. Il getto è armato con reti elettrosaldate. L’armatura può essere posta in opera per scopi particolari di incantamento. La connessione con le strutture di perimetro è garantita da una spillatura, realizzata con barre sagomate. Si possono utilizzare vari tipi di connettori e vari tipi di sagomatura del placcaggio sulle travi principali. Lo scopo di tutti è di fornire il più valido legame fra i due materiali.

Consolidamento di coperture in legno
Il consolidamento dei comparti strutturali di copertura è differente dal consolidamento dei solai perché bisogna operare su superfici inclinate anziché piane.
Cordoli di bordo
Le coperture in genere si appoggiano sui muri portanti, quindi attuandone il consolidamento, occorre prevedere su tali murature un dispositivo che “chiuda” efficacemente l’intervento che si esegue. Quando la copertura viene rimossa, è consuetudine porre in opera un cordolo di cemento armato.
Tale cordolo viene eseguito a tutto spessore oppure a spessore parziale in relazione al tipo di parametro esterno che si desidera mantenere. Se la copertura non viene rimossa e si esegue il placcaggio superiore è opportuno “bordare” la zona, si fa con un semplice ispessimento della solettina di placcaggio. Il cordolo piatto ha una duplice utilità: irrigidisce perimetralmente le campiture del placcaggio e consolida la sommità delle murature alle quali si collega.
Capriate
Il restauro delle capriate consiste principalmente nell’assicurarne la regolarità geometrica eventualmente alterata, la planarità, l’assenza di eccentricità delle connessioni. I dissesti principali sono tutti riferibili al cedimento del nodo di appoggio, che provoca lo slittamento del puntone ed una diminuzione di efficienza dell’appoggio della catena. Un intervento è rappresentato dalla ricostruzione di continuità per i nodi interni alla capriata. Se le superfici di contatto, non hanno più un uniforme contatto superficiale, implica lo smontaggio dell’elemento, e consiste nell’iniettare all’interno del vano una resina epossidica elastica.
Intervento sui giunti di capriata
Permette di ricostruire una uniforme trasmissione delle azioni di contatto e un certo grado di deformabilità reciproca fra le aste, per garantire un funzionamento reticolare della struttura. Un altro metodo può essere attuato eseguendo delle iniezioni di incollaggio con resina semirigida.
Interventi globali sulla struttura
E’ una strategia di tipo attivo anziché passivo, cioè invece di agire sulla resistenza dei singoli elementi strutturali, si agisce riducendo lo stato di sollecitazione interna nelle membrature. Affiancando un doppio sistema di tiranti in acciaio che presenta il vantaggio di essere ritarabile nel tempo. Il primo tipo di tiranti sostituisce semplicemente l’effetto di contrasto della catena sui due punti; il secondo tipo permette di limitare anche la deformabilità flessionale della capriata; il terzo tipo induce un effetto di confinamento complessivo. Tutti e tre i metodi possono essere migliorati inducendo un leggero tiro che porta in contromanta la capriata.

Consolidamento di struttre in cemento armato
Bonifica localizzata per mancata manutenzione
Si realizza asportando tutto il calcestruzzo facilmente distaccabile all’esterno della gabbia di armatura metallica. Si procede alla pulizia della superficie di conglomerato, e si esegue la passivazione dell’ossido metallico. La superficie di applicazione viene preventivamente imbibita con un aggrappante che permette una maggiore adesione del riporto. Infine il betoncino di ripristino è costituito con inerti selezionati ed additivato con lattice adesivo.
Incremento di portata per travi
Nel caso di travi, l’incremento richiesto è ottenibile con l’aumento del calcestruzzo compresso. Nel caso di una trave inflessa, si può integrarne l’armatura perforando a 45° la sezione in prossimità dei vincoli e fino all’estradosso ed inghisando con resina la porzione di tondo così inserita.
Incremento di portata per pilastri
Per ottenere un forte confinamento cerchiante della sezione, sono necessarie fasciature di rete e placcaggio con betoncino, oppure il montaggio di collari metallici in piatto sagomato. Ciò è efficace se l’armatura cerchiante risulta in carico.

Consolidamento di solai in cemento armato
Nel caso di solai in latero-cemento si può adottare un placcaggio eseguito sopra la soletta collaborante. Un modo molto sbrigativo di ottenere un ulteriore incremento di connessione fra i due getti, consiste nel produrre degli alleggerimenti laterizi. Un altro metodo per ottenere notevoli aumenti di portata consiste nell’inserire nuove nervature parallele a quelle esistenti. L’ancoraggio del nuovo “travetto” con le strutture di vincolo al bordo si esegue per:
a)Realizzazione di scasso di appoggio
b)Ancoraggio alle armature metalliche esistenti nelle travi
c)Mediante infissione inghisata con resina, di spillature alloggiate in apposite perforazioni.