Soluzioni progettuali per il recupero strutturale con materiali compositi, miglioramento e adeguamento sismico

In questo intervento illustrerò le soluzioni progettuali con materiali compositi adottate nel caso di recupero strutturale, miglioramento e adeguamento sismico della basilica di San Paolo Maggiore a Bologna.

Nella progettazione del recupero strutturale, occorre tenere conto di vari aspetti. Prima di tutto occorre definire quali sono gli obiettivi: se si tratta di riparare, migliorare, adeguare o restaurare l’edificio, migliorare o adeguare dal punto di vista sismico; poi occorre verificare le condizioni del cantiere: se ci sono spazi disponibili, nel caso si debba intervenire con dispositivi tradizionali, come elevatori, ponteggi etc.; infine se i locali sono ben accessibili.

Dopo queste considerazioni, si pone la questione della scelta dei materiali e delle tecnologie per il ripristino: l’acciaio o in alternativa i materiali leggeri, come le fibre di carbonio e altri FRP o i nuovi materiali con matrice cementizia o a base calce e le resine all’acqua quali IPN, che stanno dando ottimi riscontri. Tenendo presenti i concetti basilari di Scienza e Tecnica delle Costruzioni, constatiamo che il carbonio dà risultati eccezionali dal punto di vista della resistenza, più scarsi da quello della duttilità dell’elemento strutturale oggetto di rinforzo.

 Se abbiamo bisogno di intervenire su una struttura conferendole rigidezza e migliorandone la resistenza, probabilmente dobbiamo rivolgerci all’acciaio. Se invece abbiamo bisogno di leggerezza e duttilità, dobbiamo rivolgerci al carbonio, tenendo presente che dobbiamo sempre eseguire le necessarie verifiche con il concetto degli stati-limite.

Sarà la progettazione a stabilire quali elementi vanno rinforzati con il carbonio e quali con elementi metallici. Se una parte di edificio viene rinforzata con fasce di fibre di carbonio e per qualche ragione, per esempio per eventi sismici, una parte di muro tende a staccarsi, le fibre in carbonio entrano in tensione, fino al verificarsi dei cosiddetti punti di criticità. Quando la fibra va in tensione e in presenza di angoli rientranti, essa tende a distaccarsi, infatti, in questi punti si verificano le cosiddette “spinte a vuoto”. Per ovviare a questo inconveniente, è nata l’idea, messa a punto con Ardea, di utilizzare inserti con il ruolo di connettori (Ardfix), che si oppongono in caso di distacco incipiente.

La basilica di San Paolo Maggiore presentava stati di fessurazione dovuti prevalentemente a cedimenti differenziali e a vetustà. Situata nel centro di Bologna, presenta molti affreschi e un grande tamburo sovrastato da una lanterna. Abbiamo individuato numerose fessurazioni alle pareti, soprattutto sull’attacco dei finestroni e della facciata, e una grande fessurazione trasversale fra il corpo chiesa e il complesso del presbiterio, che ha una volta molto incombente. La planimetria dell’estradosso della volta presentava una fessura tra la navata e il presbiterio. Il progetto è diretto dall’architetto Stefano Campagna, mentre io ho curato gli aspetti strutturali. In questo intervento, attualmente in corso, abbiamo posto anche catene metalliche sopra la trabeazione, in modo che non fossero visibili. Lo stesso abbiamo fatto nel sottotetto, provvedendo ad opportuni ancoraggi. Lateralmente abbiamo dato continuità ai muri con applicazioni in fibra di carbonio. Tra l’altro, questa basilica ha una struttura particolare: anziché avere le capriate e una volta che fa da soffitto, qui la volta ha un’importanza notevole perché il tetto è “portato” da pilastrini, naturalmente posti su nervature estradossali. Questo è possibile perché i grandi contrafforti contrastano le spinte della volta. Sull’estradosso della volta è stato eseguito un intervento inizialmente previsto con FRP e resina epossidica, poi l’evoluzione delle ricerche su rinforzi con matrici a base calce e resine all’acqua IPN, con traspiranti ed alta coesione fibra matrice, ci ha portati ad adottare questa tecnologia. Tornando all’andamento delle nervature, abbiamo rilevato che, mentre superiormente alla volta la lesena è sporgente, inferiormente c’è una specie di raccordo curvilineo. Abbiamo cercato di eliminare le spinte a vuoto, soprattutto negli angoli, dove siamo intervenuti con cavi in fibra di carbonio Betontex Tie.

Un altro problema affrontato in questo lavoro di modellazione riguarda l’ipotesi degli effetti di un sisma trasversale alla facciata e alla volta. Nel modello abbiamo verificato che l’andamento della curva delle pressioni metteva in evidenza uno stato tensionale di trazione all’intradosso. Questo avrebbe imposto che il materiale di rinforzo fosse applicato all’intradosso, ma la presenza di affreschi non lo consentiva. Le successive analisi numeriche hanno dimostrato che l’applicazione del rinforzo all’estradosso riduceva significativamente la trazione intradossale.

Per eseguire l’analisi richiesta dal Comune di Bologna, secondo le linee guida del Ministero dei Beni Culturali, abbiamo adottato i cosiddetti criteri LV2, inerenti il livello di vulnerabilità 2, che si applicano a meccanismi locali, nella fattispecie ad alcuni tra i cosiddetti “28 meccanismi locali” indicati dalla circolare del Ministero. Si cita ad esempio il primo meccanismo “distacco della facciata”: erano presenti fessurazioni notevoli tali da far temere effetti negativi in caso di possibili scosse sismiche. Il confronto eseguito per le condizioni di equilibrio prima e dopo i lavori mostra come le catene poste in sommità e a mezza altezza abbiano “legato” la facciata al contesto della chiesa, contribuendo, insieme agli interventi dedicati ad altre criticità, ad un notevole miglioramento della “capacità” nei confronti della sismica.