I0 SEMINARIO Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra La prospettiva di recuperare il patrimonio esistente di architetture.

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1 I0 SEMINARIO Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
La prospettiva di recuperare il patrimonio esistente di architetture in terra o la volontà di usare tale materiale anche per nuove edificazioni richiede un adeguato bagaglio di specifiche conoscenze che devono essere acquisite su basi scientifiche poiché ormai sono andate quasi del tutto perdute le conoscenze tacite che hanno portato nel passato allo sviluppo delle relative tecniche costruttive.

2 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
la progettazione consapevole di interventi di consolidamento e di restauro, sia la progettazione corretta di nuovi edifici necessitano di un adeguato bagaglio di conoscenze specifiche che permettano di garantire anche per gli edifici in terra cruda gli stessi livelli di sicurezza, affidabilità e comfort richiesti per gli edifici costruiti con materiali e tecniche attuali.

3 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
Il patrimonio di conoscenze necessarie ad operare correttamente è costituito in primo luogo dai valori delle caratteristiche fisico-meccaniche del materiale e dal comportamento meccanico di elementi strutturali che con questo possono essere realizzati. dal punto di vista delle prestazioni meccaniche,il materiale da costruzione terra cruda occupa l’ultimo gradino nella scala dei materiali da costruzione.

4 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
tra i tanti aspetti da valutare e tenere in debita considerazione nelle scelte operative connesse alle attività di conservazione e nuova edificazione di costruzioni in terra cruda particolare attenzione deve essere dedicata a doverose valutazioni sulla loro durabilità (in senso chimico e fisico), debolezza sul piano meccanico e vulnerabilità sismica.

5 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
Per fare previsioni attendibili sulla capacità portante di un edificio e quindi garantirne la sicurezza, il progettista deve conoscere i valori delle caratteristiche meccaniche del materiale impiegato e disporre di un modello di comportamento meccanico degli elementi strutturali e della costruzione nel suo insieme.

6 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
Allo stato attuale delle conoscenze, per la comprensione del comportamento meccanico delle costruzioni in terra cruda, in prima approssimazione e per alcune specifiche tecniche costruttive, si può ricorrere alle conoscenze maturate ed ai metodi e strumenti di indagine già collaudati per le murature tradizionali.

7 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
Presso il Dipartimento di Costruzioni dell’Università di Firenze, cui è annesso il Laboratorio Ufficiale Prove Materiali e Strutture, da tempo vengono svolte ricerche ed indagini sperimentali per acquisire le informazioni di base sul comportamento fisico-meccanico sia del materiale terra sia di elementi strutturali in adobe o in pisé.

8 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
Particolare attenzione è stata dedicata alle problematiche delle prestazioni meccaniche al fine di accertarne l’adeguatezza, o la possibilità ed il modo di renderle adeguate, alle richieste delle normative in vigore in tema di sicurezza.

9 Lo stato dell’arte della ricerca strutturale sulle architetture in terra
le svariate prove meccaniche eseguite hanno permesso di identificare il comportamento meccanico del materiale terra cruda mettendone in luce alcuni comportamenti fondamentali, mai indagati in precedenza. è stato così possibile valutare quantitativamente le proprietà ed i comportamenti caratteristici del materiale terra cruda dalla cui conoscenza non si può prescindere se si vuole valutare la consistenza, l’efficienza statica e la durabilità di una costruzione.

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I risultati ottenuti con le diverse prove effettuate hanno messo in evidenza che la struttura interna del materiale, indotta dalla tecnica di formatura per pressatura di strati successivi, tecnica comune sia alle costruzioni in pisé che agli elementi che costituiscono quelle in adobe, determina l’anisotropia della risposta del materiale per quanto riguarda sia il parametro resistenza sia il “modulo elastico”.

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infatti i provini assoggettati a carico in direzione perpendicolare agli strati di pressatura esibiscono valori della resistenza e della rigidezza inferiori a quelli esibiti dai provini disposti, nella macchina di prova, con gli strati paralleli alla direzione di carico. Di contro però i primi esibiscono una fase post-picco molto più estesa, cui corrisponde un valore più alto del parametro duttilità e quindi una maggiore capacità di dissipare energia.

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Le prove a compressione ciclica hanno messo in evidenza il fatto che si registrano due diversi valori del parametro rigidezza a seconda che questo venga valutato sulla fase ascendente del primo ciclo di carico o dei successivi. Ciò, oltre ad essere manifestazione evidente di deformazioni irreversibili, porta ad ipotizzare che nel materiale avvenga una sorta di compattazione, a sua volta funzione del livello di carico raggiunto, la cui conseguenza si manifesta in un “irrigidimento” del campione.

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Sebbene la composizione mineralogica delle terre usate, la composizione degli impasti e le tecniche costruttive messe in atto per le costruzioni in terra cruda delle regioni prese in considerazione, risultino fondamentalmente diverse tra di loro, tuttavia, i valori dei parametri meccanici determinati, sia su provini estratti da elementi prelevati in situ, sia confezionati in laboratorio con terre prelevate sui luoghi di origine della costruzioni in terra cruda non risultano differire sostanzialmente tra di loro.

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Inoltre anche la qualità dei comportamenti indagati appare, a parte qualche lieve discrepanza, analoga; questa circostanza conferma che il materiale terra cruda, indipendentemente da dove viene raccolto e messo in opera, presenta un comportamento meccanico caratteristico che può essere descritto sia in termini qualitativi che quantitativi, analogamente a quanto avviene per gli altri materiali da costruzione.

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E’ luogo comune ritenere che il pericolo più grande per una costruzione in terra cruda sia rappresentato dall’acqua sia piovana sia di risalita capillare. Per stabilizzazione si intendono tutti quei metodi che consentono di migliorare le e proprietà meccaniche e la resistenza all’acqua del materiale terra; questa può essere ottenuta in due modi diversi agendo o sulla tessitura o sulla struttura modificando cioè la porosità o la permeabilità di un terreno o migliorando i legami tra le particelle. A tutt’oggi non esiste una tecnica di stabilizzazione, o una sostanza stabilizzante che sia efficace per tutti i tipi di terra.

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Gli stabilizzanti, ovvero delle sostanze specifiche da aggiungere agli impasti, possono essere di natura vegetale, animale, minerale o sintetica. Il metodo di stabilizzazione oggi più diffuso consiste nell’aggiungere all’impasto cemento Portland o calce aerea o idraulica in proporzioni variabili dal 4% al 10% del peso della terra. L’uso di tali prodotti tuttavia non incontra il favore degli ecologisti che rimproverano uno snaturamento della costruzione in terra cruda.

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Al di là di condividere o meno un tale atteggiamento si può ottenere la stabilizzazione anche con l’uso di sostanze naturali. L’idea di utilizzare la mucillagine di ficodindia come consolidante e stabilizzante per i mattoni in terra cruda, suggerita dalla lettura di un articolo nel quale veniva riportata l’esperienza compiuta nel laboratorio di materiali della Facoltà di Architettura dell’Università della Pennsylvania, si è dimostrata realistica

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Per accertare l’efficacia di questa sostanza stabilizzante è stata svolta una serie di indagini su provini confezionati ad hoc con l’aggiunta di succo o mucillagine di ficodindia. I risultati ottenuti con le prove meccaniche e di degrado accelerato all’acqua sono, allo stato attuale, incoraggianti. Ciò che colpisce dai primi dati raccolti è sia l’incremento dei valori del parametro resistenza a compressione sia la durata di resistenza all’acqua determinata con cicli di immersione totale dei provini.

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Per disporre di termini di riferimento oggettivi nel valutare il comportamento globale di costruzioni in terra sono state effettuate prove meccaniche su modelli in scala di elementi strutturali in adobe caratteristici di edifici in terra cruda del Campidano. In particolare sono state prese in considerazione due tipologie di elementi ovvero pareti in adobe con basamento in pietre e apertura ad arco e pareti in adobe cieche con basamento in pietre e dormienti in mattoni cotti.

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Tutti i modelli realizzati sono stati sottoposti a prova di compressione; tramite una opportuna strumentazione sono state acquisite le misure di deformazione globali e locali fino a collasso al fine di: ottenere informazioni sul comportamento, sulla capacità portante, sui meccanismi di collasso e sulla efficacia di tecniche di consolidamento di strutture in terra cruda verificare la adeguatezza dei modelli di calcolo e quindi di previsione del comportamento strutturale.

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Le prove effettuate sui modelli avevano il duplice scopo di rilevare, da un lato, la diffusione delle tensioni all’interno di pannelli in materiale scarsamente reagente a trazione e, dall’altro, una volta risarcite le fessurazioni prodotte con un primo ciclo di carico, verificare la possibilità e l’efficacia di interventi di risarcitura con materiale di apporto la cui composizione è stata suggerita dal Prof. Ulrico Sanna dell’Università di Cagliari.

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I risultati ottenuti permettono di asserire che: è possibile consolidare, con la tecnica sperimentata, una parete in adobe; per conferirle di nuovo le sue capacità portanti originarie è sufficiente ristabilire la continuità delle parti.

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I risultati ottenuti con le prove meccaniche sui materiali e sulle strutture in adobe e pisé mostrano che la terra cruda, pur se materiale “povero” nel senso che esibisce valori bassi dei parametri meccanici, tuttavia sono tali che, a buon diritto, gli consentono di appartenere alla categoria dei materiali da costruzione; basti osservare che la resistenza a compressione, che si aggira in media sui 5-7MPa, è superiore, in valore, a quella esibita dai mattoni forati di classe II.

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la normativa attualmente in vigore in materia di materiali da costruzione prevede la possibilità di utilizzare: - malte con resistenza non inferiore a 2,5 MPa; - elementi con valore minimo della resistenza caratteristica a compressione fbk pari a 1,5 MPa (valido solo per murature in elementi naturali) o a 2 MPa (valido solo per murature in elementi artificiali).

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Preme anche sottolineare che i valori delle caratteristiche meccaniche esibiti da elementi resistenti in terra cruda sono pressoché coincidenti con quelli che competono ai tufi vulcanici per i quali valgono rispettivamente: carico di rottura a trazione pari a 0,7-1 Mpa; carico di rottura a compressione pari a 3-7 MPa.

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Infine risultati ottenuti permettono di asserire che: - le caratteristiche meccaniche esibite dal materiale terra cruda sono analoghe a quelle di alcuni materiali lapidei anch’essi usati da sempre per costruire; - il comportamento meccanico esibito dagli elementi strutturali realizzati in terra cruda è analogo a quello di elementi realizzati in materiali lapidei naturali od artificiali;

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- i paramenti murari in mattoni di terra cruda presentano maggiore omogeneità rispetto a quelli in mattoni cotti e malta; - i procedimenti di calcolo attualmente in uso per valutare le capacità portanti di strutture in muratura ordinaria, possono essere estesi a quelle costituite da materiale terra cruda indipendentemente dalla tecnica costruttiva messa in atto. - ogni intervento di consolidamento consiste nel ristabilire la continuità della compagine muraria semplicemente con apporto di materiale simile.

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per costruzioni di limitata altezza le strutture in adobe e pisé non danno luogo a problemi di natura statica; infatti il livello delle tensioni di esercizio alla base di edifici siffatti è dell’ordine di 0,2-0,3 MPa valore che risulta essere una piccola frazione delle tensioni di rottura. semmai, poiché per le normative vigenti, affinché un materiale da costruzione sia idoneo ad edificare, occorre che la sua resistenza caratteristica a compressione risulti maggiore o al minimo uguale a 3,0 MPa, sarebbe auspicabile poter garantire in ogni caso, per un elemento in terra cruda, tale livello di prestazione.

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Un tale risultato si può raggiungere solo se il processo produttivo è controllato si da di fornire sempre un prodotto di composizione e qualità costanti. Ciò presuppone la meccanizzazione ovvero industrializzazione delle varie fasi del processo produttivo, dalla scelta e preparazione dell’impasto fino alla essiccazione degli elementi. Lo sviluppo tecnologico attuale permette certamente di migliorare i procedimenti di produzione e formatura garantendo di conseguenza anche miglioramenti sostanziali delle proprietà meccaniche originarie.