DUE PAROLE PER COMINICIARE

Il problema della messa in sicurezza antisismica delle case vetuste ma ancora abitate è tutt’altro che semplice da risolvere.

Da un lato infatti occorre contenere la spesa (che non sia troppo alta in rapporto al valore della casa) ed occorre tener conto del tempo richiesto dai lavori, ma dall’altro lato occorre scegliere ed impiegare la tecnica meno invasiva possibile per non far più danni che portar aiuto alla struttura della casa; chi si ricorda di cosa è successo in Friuli nel settembre del 1976 sa cosa s’intende dire.

Inoltre è necessario fare i conti con la scarsa competenza tecnica della manovalanza edile, soprattutto in una terra nella quale tutti hanno “il mal della pietra”, credono d’esser capomastri e vogliono risparmiare. A dire il vero moltissimi friulani come muratori sono piuttosto abili; ma come muratori d’un tempo. E purtroppo le tecniche di un tempo non bastano per affrontare un problema così delicato. Se fossero bastate non sarebbero crollate così tante case per la scalciata dell’ Orcolat, il bizzoso drago che nei miti friulani dorme sotto terra. Come non bastasse i materiali, negli ultimi trent’anni, pur senza cambiar nome, sono notevolmente mutati e sbagliarne applicazione è fin troppo facile. Solo per limitarsi ai cementi, al tempo del terremoto in Friuli si usava solo il Potland 325 mentre oggi non lo adopera più nessuno. Al suo posto si usano cementi di miscela. Ma di cementi di miscela ve n’è una lunga serie di generi diversi, ciascuno con caratteristiche specifiche che, spesso, gli stessi tecnici di cantiere non arrivano a valutare correttamente.

E da ultimo (ma certamente non per ultimo, anzi il primo), il problema di mettere in sicurezza antisismica le case è anche un problema di “filosofia” dell’intervento. In altri termini: occorre tentare di portare le case a sopportare senza danni significativi il terremoto quale che sia la sua violenza o basta fare in modo che la casa dissipi l’energia ricevuta dal terremoto deformandosi senza per altro crollare?

Va comunque tenuto presente che, con le vecchie case, ben raramente è possibile seguire la prima “filosofia” e, comunque, occorrerebbe effettuare interventi molto invasivi e dispendiosi. Al contrario è sempre possibile seguire la seconda “filosofia” senza svenarsi; ma occorre tenere ben presente che si tratta di una filosofia salvavita, non salva portafoglio; vale a dire che dopo un terremoto distruttivo la casa sarà ancora in piedi ma andrà comunque ricostruita.

Orbene le RPM (acronimo di Reactive Powders Mortars cioè Malte a Polveri Reattive) possono fornire una via nuova per risolvere, secondo la seconda filosofia, il problema della messa in sicurezza antisismica delle vecchie case ancora abitate.

Prima di vedere perché le RPM possono essere adoperate (e come occorre porle in opera) per mettere in sicurezza le case, occorre spiegate cosa sono.

Una composizione tipica di una RPM è data in tabella 1 affiancata alla composizione di una malta tradizionale. Anche una veloce occhiata alla tabella è sufficiente per rendersi conto che questa RPM è una malta molto particolare. Infatti, in una malta tradizionale (che, in breve, chiameremo malta) i rapporti sabbia/cemento (s/c) e acqua/cemento (a/c) sono molto differenti da quelli della RPM. Ma, soprattutto, per fare una malta si usano solo acqua, sabbia e cemento mentre per fare una RPM occorrono anche fumo di silice (o altro materiale submicronico a reattività pozzolanica), fibre d’acciaio (o di altro materiale fibriforme duttile e di buon modulo elastico) e superfluidificante.

Ovviamente così importanti differenze caratteristiche finali del tutto diverse che esamineremo a breve seppur in sintesi. Per saperne di più si consulti la letteratura (1-7).

Le prime differenze si hanno nel modo di comportarsi degli impasti freschi, ossia nella reologia. Quella di una malta non cambia molto (restando essenzialmente tixotropica) pur raddoppiando o dimezzando il rapporto a/c mentre le resistenze meccaniche ne sono fortemente influenzate. Al contrario la reologia di una RPM la si può far cambiare (da autolivellante a tixotropica) solo cambiando l’additivo fludificante senza perdere significativamente di resistenze meccaniche.

Ma le differenze restano importanti anche quando le malte sono indurite. Infatti, in una malta ordinaria le resistenze meccaniche a flessione e a compressione raramente superano i 5 e i 35 MPa rispetivamente, mentre in una RPM spesso vanno oltre i 50 e i 180MPa. Ma, soprattutto, mentre una malta ordinaria ha un comportamento fragile e si schianta senza preavviso, una RPM ha un comportamento pseudo-duttile e non collassa ma si deforma progressivamente (Fig.1 e Fig.2A). Ed ancora più vistose sono le differenze tra malte e RPM per quel che attiene al comportamento a fatica (Fig.2B).

Osservando le diversità delle aree sottese dalle curve sforzo/deflessione (della Fig.2A), che sono proporzionali alle energie dissipate in lavoro di deformazione prima della rottura (se avviene!), si comprende ancor meglio la profonda differenza di comportamento meccanico tra malta e RPM già solo limitandosi a sollecitazioni statiche. Differenze che diventano abissali in caso di sollecitazioni dinamiche cicliche (fatica meccanica), come dimostrano i grafici della Fig.2B, dove normalmente le malte ordinarie non superano nemmeno il primo ciclo mentre le RPM danno per decine e decine di cicli, non trascurabili recuperi di deformazione (vedasi la zona puntinata).

I valori molto alti delle resistenze a flessione e compressione della RPM dipendono soprattutto dal basso rapporto acqua/cemento e dalla presenza del fumo di silice; la presenza delle fibre comporta infatti solo degli incrementi del 25-30%. Ma occorre dire che non si arriverebbe mai ad impastare con rapporti a/c e a/(c+fs) così bassi senza l’aiuto del superfluidificante. Peraltro, l’aggiunta di fibre d’acciaio è indispensabile per assicurare il ramificarsi della frattura e dunque la dissipazione di energia in lavoro di deformazione e di sfilamento delle fibre, cioè per avere il comportamento pseudo-duttile e la resistenza a fatica. Naturalmente, cambiando tipo di cemento, di fumo di silice, di superfluidificante e, persino, di sabbia, si hanno dei cambiamenti importanti di comportamento reologico e meccanico degli RPM ma le drastiche differenze con le malte ordinarie restano.

Per contro, il tipo di fibre può avere un’ influenza notevole. Infatti, se al posto delle fibre di acciaio o di altri materiali ampiamente deformabili, si impiegano fibre di carbonio o di vetro alcali-resistente o di altri materiali fragili oppure che non si legano con la pasta cementizia (fibre poliuretaniche), la reologia delle RPM non muta ma il comportamento meccanico risulterà sostanzialmente quello delle malte ordinarie con conseguente frattura fragile. Anche la forma (Fig.3) e, soprattutto, il “rapporto di aspetto” (ossia il rapporto lunghezza/diametro) hanno un influenza non trascurabile. Forme che contrastano lo sfilamento (rapporti di aspetto di 4,5 e 8 della Fig.3) ovviamente aiutano a tenacizzare. Per quel che concerne il rapporto di aspetto in teoria dovrebbe essere molto grande; peccato però che, più è alto e più occorre aggiungere acqua per fare l’impasto e che, all’aumentare del tenore d’acqua, calino le resistenze meccaniche. Sicchè in pratica non conviene usare fibre con rapporto di aspetto inferiore a 50 ma neppure superiore a 100; sebbene che, con una tecnica molto particolare (8), sia possibile impiegare fibre con rapporto di aspetto attorno a 3000 mantenendo il rapporto acqua/cemento inferiore a 0,30.

Si può quindi dire che, per avere delle RPM con resistenze meccaniche molto elevate, occorre adoperare: Portland ferrico (cioè senza C₃A) del tipo CEM I 42,5 R, fumo di silice bianco (ossia privo di residui carboniosi o altri inquinanti), sabbia fine (granulometria inferiore a 0,6 mm), superfluidificante acrilico e fibre d’acciaio trafilato con rapporto di forma attorno a 75.

In definitiva le RPM sono il risultato dello sviluppo tecnologico delle malte. Sviluppo tuttaltro che completato e che si deve anche alle sperimentazioni condotte dall’autore con la collaborazione di valenti e ferventi laureandi in Ingegneria dell’Università di Udine (8-17).

Di tali sperimentazioni si ricorderanno, in sintesi, solo quelle che giustificano la proposta d’impiego delle RPM nella messa in sicurezza antisismica delle vecchie case ancora abitate. Si parlerà quindi dello studio del comportamento dinamico delle RPM e del test sul recupero strutturale di murature al limite del collasso statico rivestite con intonaci in RPM.

COMPORTAMENTO DINAMICO DELLE RPM

Lo studio del comportamento dinamico dell RPM è stato coordinato dal collega Paolo Pascolo del Dipartimento d’Ingegneria Civile dell’Università di Udine basandosi su tre RPM differenti solo per tenore di fibra. La prima RPM (di seguito indicata RPM1) aveva la composizione riportata in Tabella 1. La seconda (RPM2) aveva composizione analoga ma con tenore di fibre dimezzato. La terza (RPM3) aveva ancora composizione analoga ma era priva di fibre.

I valori medi delle resistenze meccaniche a flessione, secondo norma EN 196 – parte I, erano rispettivamente di 56, 48 e 17 MPa. Però, per poter studiare il comportamento dinamico occorre lavorare in condizioni diverse da quelle di norma e con provini maggiorati (parallelepipedi 7x7x40 cm, con intaglio trasversale o senza a sezione triangolare di base 1 cm e altezza 1 cm) ed occorre tener conto solo delle resistenze medie d’innesco della cricca a flessione determinate in condizioni dinamiche. Queste ultime sono risultate essere pari a 21, 18 e 7 MPa per i provini con intaglio e di 22, 20 e 9 MPa per i provini senza intaglio. I cicli d’isteresi sono dunque stati determinati con velocità di deformazione diverse applicando carichi limite del 20% inferiori ai carchi medi d’innesco della cricca.

Come ci si aspettava buona parte dei provini di RPM3 non ha superato neppure il primo ciclo mentre i provini di RPM2 e RPM1 davano origine a curve similari a quella della Fig.2 (a destra) lasciando prevedere un comportamento a fatica molto interessante. Pertanto, prima di procedere alla realizzazione delle prove di fatica in condizioni diverse, si è stabilito di arrestare tali prove nel momento in cui la freccia residua di flessione fosse cresciuta di 1 mm (ossia dello 0,28% della luce del provino) di modo che il danno ultimo sul provino risultasse ancora limitato (Fig.4). Nella Tabella 2 sono sintetizzati i risultati salienti delle prove eseguite sui provini con intaglio.

La Tabella mostra chiaramente che la resistenza alla fatica dipende, ma in modo non lineare, dal tenore di fibre ed è molto grande se la portata di oscillazione del carico (S) non è eccessiva ma resta comunque elevata anche se la portata di oscillazione è massimale.

Molto interessante è pure risultata la verifica dell’influenza esercitata sulla resistenza a fatica dalla presenza di profili in grado di concentrare gli sforzi (intagli). Si è verificato che la resistenza a fatica si riduce in presenza d’intaglio solo se questo viene ottenuto per asportazione meccanica dopo la stagionatura del provino (Fig.5). Al contrario, se il profilo d’ “intaglio” era ottenuto nel provino modificando acconciamente la cassaforma di gettata, la resistenza a fatica aumenta. Ciò dipende dal fatto che nelle vicinanze delle pareti dello stampo le fibre, durante il getto, finiscono per disporsi più o meno parallele alla superficie. Un rilievo emergente dal fondo dello stampo comporta perciò un orientamento casuale delle fibre e con esso una ramificazione più marcata nella propagazione della cricca (foto a sinistra della Fig.4).

RECUPERO STRUTTURALE DI MURATURA AL LIMITE DEL COLLASSO STATICO RIVESTITA CON INTONACO IN RPM

Questo test è stato realizzato presso l’officina dell’ ISMEA di Udine con l’aiuto delle maestranze di tale Istituto e con la collaborazione del collega Aldo De Marco dell’Università di Trieste. Lo scopo del test era quello di verificare se le RPM potevano costituire una buona alternativa alle fasciature in resina epossidica e fibra di carbonio già ampiamente usate nel recupero strutturale di murature al limite del collasso statico.

Due piattebande senza intonaco sono state realizzate in mattoni pieni e malta bastarda secondo le regole dell’arte muraria (Fig.6ab). Sei mesi dopo sono state danneggiate e portate al limite di collasso statico (Fig.6c-d) caricandole sulla mezzeria con apposito martinetto. In seguito si è provveduto a ripararle, sempre secondo le antiche regole dell’arte muraria (Fig.6e-g). Per il consolidamento finale si sono seguite due strade diverse. Una piattabanda è stata rinforzata con fasce di resina epossidica e fibre di carbonio (Fig.6h). L’altra è stata invece parzialmente rivestita con intonaco in RPM (Fig.6i) di 2 cm di spessore e di composizione un po’ differente da quella di Tabella 1 (cemento CEM II 32,5: 1170 Kg/m3, niente fumo di silice e a/c = 0,27) per risparmiare ed agevolare il lavoro alle maestranze. A fine stagionatura (3 giorni per le fasce in resina e fibre di carbonio e 28 giorni per le RPM), le piattebande sono state nuovamente caricate col martinetto (Fig.6l).

La piattabanda consolidata con RPM, nel momento in cui si è bloccato il martinetto [perché una delle fratture stava per aggirare la zona consolidata (Fig.6m a sinistra)] reggeva ancora un carico 10 volte più alto di quello che ne aveva, precedentemente, causato la crisi statica e presentava una freccia di 4,2 cm (Fig.6m a destra). Tale freccia si riduceva a soli 1,6 cm una volta rimosso il carico.

La piattabanda rinforzata con fasce di resina epossidica e fibre di carbonio aveva raggiunto una freccia di 3 centimetri e stava sopportando un carico quasi 7 volte superiore a quello che ne aveva causato la precedenti crisi statica, quando le fasce si sono staccate senza preavviso rischiando di far crollare tutto (Fig.6n-p). La freccia, una volta scaricato il martinetto si assestò a 2,6 cm.

Per quanto l’esperienza sia opinabile, per mancanza di verifica su ragionevole base statistica, pare comunque accettabile concludere che gli intonaci in RPM possono costituire un’alternativa vantaggiosa alle fasce in resina epossidica e fibre di carbonio, non tanto perché in grado di dare maggiore rinforzo, quanto piuttosto perché garantiscono alla muratura un recupero elastico ben più consistente.

PERCHE' ADOPERARE LE RPM

Perché adoperare le RPM per mettere in sicurezza antisismica le vecchie case?

Forse la risposta è nascosta in un’antica leggenda aviglianese che narrava come l’Arcangelo Michele insegnasse a dei poveri pastori a difendersi da un diavolo dispettoso (che faceva crollare le loro misere casupole) cuocendo terra rossa e pietra bianca, sminuzzando tutto ed impastando con acqua e peli di capra ed usando tale impasto per legare i conci e rivestire i muri così ottenuti. La leggenda diceva anche che il diavolo inferocito avesse scosso forsennatamente tutta la montagna senza peraltro riuscire a far crollare alcuna casa.

Fin qui la leggenda. Ma la realtà dice che quella del monte Pirchiriano, zona di periodica e vivace attività sismica, è l’unica contrada piemontese ove anticamente anche le case della povera gente erano accuratamente intonacate sia internamente che esternamente. Non solo. E’ anche l’unica zona ove le malte, sia di allettamento che da intonaco, erano armate con fibre animali. E merita anche ricordare che, a stare alle cronache redatte dai frati della Sagra di San Michele (la ciclopica abbazia che domina il monte), l’ultimo terremoto in età pre-napoleonica, vale a dire l’ultimo con effetto devastante, pur radendo al suolo l’abbazia non provocò che limitati danni alle casupole del circostante contado.

Ma, leggende e cronache di frati a parte, quel che non si può confutare è un fatto che emerge chiaramente dalle note accompagnanti i quasi 85.000 Verbali di Accertamento Danni redatti dopo il terremoto del 6 maggio 1976. Da tali note emerge infatti che, salvo pochissime eccezioni, nessuna casa correttamente intonacata dentro e fuori (e priva di grossolani errori di progetto o di costruzione) ha avuto seri danni.

Ma perché mai dei buoni intonaci, soprattutto se armati con fibre tenaci, dovrebbero rendere le murature meno vulnerabili al terremoto?
Si potrebbe rispondere che gli intonaci trasformano il muro da semplice agglomerato a composito pluristratificato e che i compositi pluristatificati non solo sopportano molto meglio degli agglomerati gli sforzi di flessione, taglio e torsione, ma, soprattutto, hanno una resistenza a fatica assai più elevata ed è notorio che un terremoto sottopone le strutture ancorate al terreno a corti ed irregolari ma più o meno violenti cicli di fatica.

Rimane forse da chiarire perché un pluristratificato sopporti molto meglio di un agglomerato le sollecitazioni di flessione, taglio e torsione e la fatica ad esse connessa. Per cercare di capirlo si possono osservare le Fig.7, 8 e 9 e ragionarci sopra.

Se l’oscillazione (imposta dal terremoto) è perpendicolare alla facciata del muro (Fig.7) questo assoggettato a carichi alternati di flessione e per conseguenza le sue zone esterne sono sottoposte a sollecitazioni alternate di trazione e compressione. E tutti i difetti di superficie possono favorire la formazione di fessure che si allargheranno ciclo dopo ciclo. E’ dunque evidente che, se il muro è grezzo, i maggiori difetti superficiali saranno concentrati soprattutto nella malta di allettamento ed in particolare (specie nei muri vetusti) nella zona di contatto tra malta e mattone (o pietra). Dunque sarà proprio in quelle zone che si apriranno le fessure. Apertura di cricca comunque facilitata dalle differenze di rigidità tra malta, zona di contatto e mattone che inducono una concentrazione di sforzo nella zona meno rigida. Se il muro è rivestito (su ambo le superfici) da un intonaco ben legato e ben lisciato, il numero di difetti superficiali sarà drasticamente ridotto ed occorrerà dissipare in lavoro di deformazione molta più energia prima di riuscire a generare un numero di fessure sufficientemente profonde da mettere in crisi la muratura. Infatti saranno ben poche le cricche, apertesi nell’intonaco, che riusciranno a penetrare nel muro in quanto mattoni o pietre ne devierà la maggior parte parallelamente alla superficie col rischio, magari, di determinare un parziale distacco dell’intonaco (Fig.10). Se l’intonaco è armato con fibre saranno proprio queste ultime a promuovere le deviazione multipla (un vero e proprio sfioccamento) delle cricche già all’interno dell’intonaco stesso. E più le fibre avranno un orientamento casuale minore sarà il pericolo di distacco (o anche di semplice parziale sfarinamento) dell’intonaco e di penetrazione delle fessure nel muro.

Se l’oscillazione è invece parallela alla facciata del muro (Fig.8 e 9), l’effetto dominante sarà quello di taglio alternato e nel muro si apriranno due crepe a croce di Sant’Andrea. Anche in questo caso un buon intonaco (Fig.9) aiuterà il muro a star su nonostante che l’aiuto risulti meno efficace di quello fornito nel caso di oscillazioni perpendicolari.

Per ora non si hanno dati sperimentali sulla resistenza alle scosse sismiche dei muri rivestiti con intonaci in RPM fibro-armate. Ma, considerate le drastiche differenze di comportamento dinamico e di resistenza alla fatica tra malte ed RPM, e tenuto anche conto del fatto che semplici intonaci in malta tradizionale incrementano la resistenza al sisma di almeno 0,3-0,4 gradi Richter, si può prevedere, stimando con prudenza, che rivestendo i muri con RPM (del tipo di Tabella 1) si otterrebbe un incremento di resistenza al sisma di almeno 2 gradi Richter.

COME IMPIEGARE LE RPM

Qui non si vuol insegnare alle lepri a correre e, dunque, non si dirà agli architetti, agli ingegneri e alle maestranze tutto quel che devono fare con le RPM per mettere in sicurezza antisismica una vecchia casa. Ma, dal momento che, anche al giorno d’oggi, nei cantieri si vedono fare cose da non credere, è quantomeno opportuno segnalare ciò che sicuramente non va fatto.

• Prima di tutto non si deve credere che le RPM siano la panacea di tutti i mali. In altri termini, se una casa presenta grossolani errori di progettazione o di costruzione è del tutto illusorio pensare di difendersi dagli effetti devastanti di un terremoto solo rivestendo i muri con intonaci in RPM. Per essere più espliciti: volte (Fig.10) e tetti (Fig.11) spingenti in fuori, solai, pilastri e tramezzi solo appoggiati (Fig.12), richiedono preliminari interventi di contrasto. Per i muri a cassa (Fig.13), tanto pericolosi quanto usuali nelle vecchie costruzioni friulane, potrebbe bastare un congruo incremento delle trapuntature (Fig.14) tra gli intonaci in RPM.

• Poi non ci si deve sognare di regolarsi con le RPM come si fa con una malta qualsiasi. In altre parole non si può cambiarne a piacimento la composizione: per esempio usare il primo cemento che si ha sottomano o aggiungere acqua a naso o, per risparmiare, non adoperare i dovuti quantitativi di additivo superfluidificante, di fumo di silice e di fibre d’acciaio. Va infatti tenuto ben in mente che ogni variazione di composizione si riflette sempre (e, quasi sempre, in modo assai negativo) sul comportamento statico e dinamico delle RPM indurite.
• Inoltre non si deve credere che i vecchi muri siano tutti uguali. Per i muri di pietra occorre fare un esame per assicurarsi che nel costruirli siano stati usati conci in pietra da gesso; cosa abbastanza improbabile ma, considerata la geologia della Carnia e del Friuli, non escludibile a priori. Per i muri in mattoni che presentino la barba bianca occorre verificare col saggio di Anstett che mattoni e malta di allettamento non siano inquinati da quantitativi significativi di solfati. E’ bene ricordare che i solfati danno, con il cemento, una reazione espansiva particolarmente potente e disgregante per cui non si deve assolutamente trascurare di fare questi esami e di tener conto dei loro risultati prima d’intervenire. Nel caso malaugurato in cui i solfati siano presenti occorrerà o cambiare strategia (fasciare con resina epossidica e tessuti di carbonio o di poliaramide) o, prima di applicare l’intonaco in RPM, rivestire tutto (buchi di trapuntatura inclusi) con più mani di resina epossidica l’ultima delle quali spolverata a rifiuto con sabbia di frantoio.
• Infine, e soprattutto, non si deve risparmiare nel lavoro. Ossia occorre rimuovere completamente i preesistenti intonaci (anche se in perfetto stato di conservazione) e pulire molto bene le murature (Fig.14b), possibilmente per sabbiatura. Occorre effettuare i buchi di trapuntatura (Fig.14c) ad acconcia distanza uno dall’altro (da 1 a 2 metri in ragione del tipo di muro). Quindi occorre bagnare a rifiuto la muratura prima si intasare i buchi con RPM e applicare l’intonaco (di almeno 2 cm di spessore) ancora in RPM e, da ultimo, occorre sorvegliare la stagionatura tenendo l’intonaco ben bagnato per almeno 3 settimane.

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