Con consolidamento delle costruzioni si intendono tutti quei processi di conoscenza, di progetto e di intervento, atti a far recuperare ad un edificio le sue caratteristiche strutturali, perse a causa di un'azione sismica, di degrado o di altre azioni che portano la struttura a perdere delle caratteristiche strutturali. La maggior parte delle azioni di consolidamento avvengono su strutture in murature portante, realizzata spesso secondo le regole dell'arte e calcolate secondo criteri di calcolo differenti da quelli per le strutture in cemento armato, secondo la scienza delle costruzioni.
Spesso questi tipi di intervento strutturale sono affiancati da altri di recupero o di restauro.
Storia La storia del consolidamento delle strutture in muratura portante è caratterizzata da interventi sempre atti a fare sì che un edificio possa recuperare la sua capacità di resistere alle azioni verticali dovute principalmente alla forza di gravità ed in alcune zone si sono realizzati per poter migliorare la resistenza delle costruzioni alle azioni orizzontali. Uno dei primi esempi su un'opera monumentale sono quelli realizzati nel Colosseo per rallentare la spinta degli archi, difatti l'eliminazione nel tempo dei materiali nelle arcate ha portato queste a non avere più nessun ritegno: Raffaele Stern "per via d'aggiungere" inserì uno sperone in laterizio al monumento. Le prime due arcate di ogni ordine furono tamponate e lo sperone rustico fu realizzato privo delle forme architettoniche delle arcate esistenti a causa dell'emergenza e della necessità di praticare l'intervento in economia e rapidità. Altro intervento sul Colosseo fatto pochi anni dopo da Giuseppe Valadier venne fatto per le stesse cause ma con meno rapidità, decise di inserire due arcate in mattoni più uno sperone che bloccò le spinte delle arcate.
Nel corso della riscoperta e rivalutazione delle opere storiche avvenute nell'ottocento, molti sono stati gli interventi di consolidamento sulle costruzioni esistenti. Tuttavia gli interventi necessari a consolidare una struttura vengono spesso eseguiti solo dopo il terremoto.
Dall'inizio del XIX secolo in Francia i prefetti responsabili del restauro delle cattedrali decidono di rivolgersi all'accademia di École nationale des ponts et chaussées per gli aspetti strutturali. Dal 1834 venne deciso che per ogni intervento relativo ai monumenti storici debba essere sottoposto al giudizio del Consiglio Generale delle Costruzioni Civili, simile all'italiano Genio Civile.
A seguito del terremoto di Messina il governo emanò la prima normativa sismica nel 1909 dove separava le costruzioni in due categorie: Costruzione ordinaria: vennero redatti una serie di provvedimenti tecnici volti a ricondurre gli edifici esistenti a quelli di nuova costruzione, cioè realizzati con una muratura confinata; Costruzioni monumentali: per la prima volta venne inserito il criterio del caso per caso: le riparazioni degli edifici di carattere nazionale, in ispecie di valore artistico, storico od archeologico, sarà stabilito, caso per caso, il partito da seguire per il consolidamento.
Durante la prima metà del XX secolo c'era una grande fiducia nell'ingegneria e nelle tecniche moderne; tuttavia l'impossibilità di applicare agli edifici in muratura gli stessi criteri, meccanismi, modelli, delle strutture in cemento armato porta la tecnica a sviluppare una teoria: inserire in una struttura esistente una serie di sottostrutture per riportare il meccanismo a quello di una struttura che si può calcolare. Si instaura un pensiero che porta all'uso massivo di cemento nel restauro dei meccanismi. Nella carta del restauro di Atene del 1931 veniva scritto:
Tuttavia nel secondo dopoguerra si instaura un ripensamento critico. Non bastava più riportare la struttura ad un modello calcolabile, perché le costruzioni monumentali esiste anche il problema conservativo, arte e tecnica negli edifici antichi sono una cosa solaF. FORLATI, “L'arte moderna e la tecnica del restauro oggi”, in Atti del III Convegno Nazionale di Storia dell'Architettura, Roma, 1938.
La conoscenza La conoscenza della costruzione storica in muratura è una parte fondamentale per una buona valutazione della sicurezza sismica e per poter eseguire un buon intervento di miglioramento. I problemi riscontrabili sono quelli di tutti i comuni edifici, anche nel caso di beni appartenenti al patrimonio culturale tutelato, è tuttavia difficile valutare o ritrovare i dati originari dei materiali e della costruzione, valutare le modifiche intercorse nel tempo, i fenomeni di degrado derivanti dalle trasformazioni antropiche, o dovute al terremoto. Considerando che una campagna di indagini su tutto l'edificio sarebbe troppo costosa ed invasiva. L'attendibilità del modello e dei materiali a cui ci riferiamo per una valutazioni non possono essere sempre disponibili in toto, per questo è stato introdotto il concetto dei livelli di conoscenza relativamente al livello delle indagini e dei rilievi eseguiti, si sono creati dei fattori di confidenza per poter valutare realmente gli interventi.
Grazie a queste indagini si possono valutare diversi fattori che servono per valutare la struttura: Identificazione della costruzione e della struttura Rilievo geometrico complessivo di fessurazione Ricostruzione della storia della struttura identificazione dei materiali e del loro stato di degrado Conoscenza del sottosuolo e delle fondazioni
Indagini È possibile eseguire su un edificio delle indagini dirette o indirette a seconda se queste sono meno o più invasive. I dati ottenuti saranno poi da valutare e considerare a seconda di quello che è stato tirato fuori da queste indagini. In base agli strumenti adottati si possono eseguire:
Endoscopio Sclerometro Termografia Georadar Tomografia sonica Magnetoscopia Prova sonica ed ultrasonica Carotaggio Test di laboratorio Fotometria Martinetto piatto Doppio martinetto piatto Prova a trazione diagonale della muratura Penetrometro
Monitoraggio Nel caso si deve verificare una struttura che sembra stia cedendo senza troppe indagini invasive si può intervenire con degli strumenti che ci aiutano a valutare e misurare nel corso del tempo l'evoluzione dei fenomeni locali, come ad esempio l'aprirsi di una vena nella muratura. Il controllo periodico sugli edifici monumentali risulta indicativo ed importante per la manutenzione e la conservazione di questi. È importante pianificare un programma di monitoraggio nel tempo in base al funzionamento strutturale, che un monitoraggio eseguito nel continuo nel tempo permette di valutare il buon comportamento o delle evoluzioni pericolose che si possono venire a creare. Risulta importante il controllo visivo della struttura, se si trovano delle fessure nuove o ampliate. Si possono riscontrare:
Movimento delle lesioni; Spostamenti della costruzione tramite l'uso dei punti di controllo; Rotazione degli elementi;
Le misurazioni possono essere fatte andando direttamente sul posto, oppure tramite degli strumenti che trasmettono dei dati tramite l'utilizzo di centraline per la trasmissione telematica. Si possono eseguire:
Rilievo topografico; Rilievo fotogrammetrico; Laser scanner; Distanziometro laser; Clinometri da parete; Profili sottili di vetro; Fessurimetri o misuratori di giunti; Vibrometri; Mire ottiche; Inclinometri; Piezometro; Assestimetri;
Interventi ed adeguamento La scelta della strategia e delle tecniche di intervento è relativa alla scelte ed alle valutazioni eseguite nella fase conoscitiva e di monitoraggio dell'edificio. L'obiettivo non è solo la conservazione del manufatto, ma anche la conservazione del funzionamento strutturale, dove questo sia recuperabile senza dover perdere il bene stesso, si dovrà valutare anche la possibilità di inserimento di opere impiantistiche. Per conservare meglio l'originalità del manufatto è necessario che gli interventi sia in numero minore e di impatto minimo, ma sufficientemente efficienti, senza tuttavia aumentare eccessivamente la rigidezza, poiché la rigidezza aumentata in un solo punto potrebbe influire su tutto l'edificio, creando elementi troppo rigidi che potrebbero causare danni gravi in caso di sisma: esempio è la realizzazione di un tetto in cemento armato sostituito ad uno in legno, oppure realizzare un solaio in laterocemento rigido invece che uno in legno, queste due soluzione inseriscono degli elementi rigidi che non permettono alla struttura di muoversi per dissipare l'energia proveniente da un'azione sismica.
Gli interventi dovranno conservare il può possibile la presenza di beni artistici e decorativi. Si devono evitare interventi di demolizione-ricostruzione o demolizione-sostituzione, intervenendo per conservare la struttura esistente senza apportare trasformazioni radicali. Si deve verificare l'intera struttura prima e dopo l'intervento proposto, il tutto in fase progettuale, per verificare che la soluzione di intervento proposta sia sufficiente. È inutile pensare ad interventi che non producano effetti di sicurezza efficienti sulla struttura. Spesso la semplice manutenzione su queste strutture può prevenire alcuni danni che si vanno a creare col tempo. Sono privilegiati gli interventi che non troppo invasivi e che possono essere eliminati in futuro. Se ci sono elementi danneggiati si dovranno riparare e mantenere, facendo recuperare, se possibile la loro capacità strutturale. È molto importante che gli interventi proposti siano anche poco impattanti in corso d'opera, il cantiere non deve essere troppo invasivo, se necessario si dovrà fare un progetto di cantiere, sempre che non sia eccessivamente invasivo.
Si possono riassumere le diverse strategie di intervento: Rinforzo degli elementi resistenti, aumentandone resistenza, duttilità o entrambe; Inserire elementi nuovi, per aumentare la sicurezza di una parte o di tutto l'edificio, questi non dovranno tuttavia sconvolgere il funzionamento della struttura; Cambio di destinazione d'uso diminuendo i carichi in gioco; Inserire protezioni passive di base o controventi; Se possibile ridurre le masse, valutando tuttavia se porta maggiori benefici o meno;
Questi interventi possono differire per alcune caratteristiche: Invasività e reversibilità; Comportamento statico e dinamico accertato e conseguito; Estensione; Stato di coazione fornito; Integrità architettonica; Durabilità e compatibilità materiale;
Esistono casi in cui si deve intervenire non a livello strutturale ma impiantistico, come la messa a norma, che tuttavia spesso intervengono a livello strutturale. Si dovrà quindi valutare come l'impianto incide sul strutturale, anche come carichi, quindi si dovranno realizzare impianti che non siano troppo invasivi nella struttura. Esempi sono i tagli e le bucature eseguite negli orizzontamenti, nei solai, nelle murature.
A differenza della mancanza strutturale che viene valutata possiamo avere differenti tipi di intervento volti ognuno a ripristinare un determinato fattore: Ridurre la carenza di collegamenti tra gli elementi; Ridurre la spinta degli archi e delle volte; Ridurre l'eccessiva deformabilità dei solai e consolidarli; Coperture; Incremento della resistenza delle murature; Interventi su pilastri e colonne; Interventi di fondazione; Interventi su elementi non strutturali.
Ridurre la carenza di collegamenti tra gli elementi Si eseguono per far sì che la struttura reagisca con un comportamento d'insieme, realizzando dei buoni ammorsamenti tra le pareti ed efficaci collegamenti tra i muri ed i solai, che le spinte prodotte dalla volte siano ben contrastate come i tetti spingenti. Per permettere queste strutture si possono realizzare: