La cupola in muratura. Analisi strutturale, quadri fessurativi, consolidamento tradizionale ed innovativo.

La tesi si prefigge di analizzare il panorama completo delle conoscenze attualmente disponibili sulle cupole in muratura e sui dissesti cui possono andare incontro, proponendo interventi di consolidamento con tecniche tradizionali e moderne. In particolare l’aspetto esecutivo inerente al consolidamento con materiali innovativi è focalizzato sull’impiego dei compositi fibrorinforzati (FRP).

Nella parte iniziale è sintetizzata l’interpretazione degli stati tensionali che si sviluppano nel guscio di rivoluzione, senza alcun riferimento al materiale, in modo tale da creare il supporto essenziale per un corretto approccio tecnico-scientifico al tema. Dopo un breve richiamo teorico alla differenza tra strutture resistenti per massa e per forma ed un cenno a funi ed archi, si riportano le equazioni che descrivono gli stati tensionali nelle lastre a doppia curvatura, considerando diverse condizioni: la presenza del solo regime membranale o la compresenza di questo con il regime flessionale, nei casi di carico assialsimmetrico o non assialsimmetrico. La lastra assume dunque, passo dopo passo, connotazioni di carico e geometrie sempre differenti, passando dal caso più generale e complesso di lastra dotata di spessore (seppur trascurabile rispetto a qualunque raggio di curvatura della struttura) soggetta a carichi non assialsimmetrici sino a quello maggiormente semplificato di lastra sottile (il cui spessore è talmente piccolo da non implicare la trasmissione di momenti) sottoposta a carichi assialsimmetrici .

In un momento successivo il soggetto diventa il guscio di rivoluzione “reale”, che ha cioè come caratteristiche fisse il materiale e la geometria tipica della struttura cupolare. E' dapprima riportato il percorso evolutivo dalla cupola nel tempo, evidenziando i cambiamenti nel suo significato simbolico e nelle tecniche costruttive; dopodiché è analizzata la cupola monumentale tipica, per quanto riguarda il suo materiale (la muratura) e gli elementi che la compongono o che generalmente l’accompagnano (si sono considerati tamburo, calotta, costoloni, pennacchi e lanterna). A questo punto è stata particolarizzata la situazione tensionale vista nella prima parte, che combinata alle peculiarità della struttura reale ha messo in evidenza i problemi che soffre questo tipo di copertura: la spinta dei meridiani e la trazione nei paralleli. A conclusione si sono riportati i metodi con cui si tenta di ridurre l’influenza di queste tensioni in fase costruttiva, come l’inserimento in itinere di catene o di strutture esterne pesanti, quali speroni o contrafforti.

Dopo aver dunque effettuato un’analisi approfondita della struttura si passa allo studio dei quadri fessurativi tipici in cui questa incorre. Per introdurre l’argomento si è svolta dapprima una breve trattazione delle modalità elementari di rottura nella muratura, sottolineando l’importanza di una corretta diagnosi dei dissesti. Sono poi state esposte quelle che sono le possibili e più comuni cause dell’innescarsi di meccanismi cinematici nella cupola, tenendo in conto la sua forte dipendenza dai vari livelli di sostegno, per poi affrontare i quadri fessurativi corrispondenti. Le verifiche di sicurezza hanno concluso questa parte di diagnosi, introducendo, come necessaria premessa, il tema del consolidamento. Dato il probabile valore storico e monumentale delle strutture cupolari gli interventi effettuabili sono stati riportati con spirito critico, evidenziando cioè in che modo questi possano compromettere il manufatto. Sono stati quindi considerati non adatti interventi scarsamente reversibili o incompatibili con la muratura o con il principio statico secondo cui la cupola lavora, condannando in quest’ottica le iniezioni armate ed in generale le operazioni che implicano l’utilizzo del calcestruzzo.

Si è infine analizzata una tecnica estremamente innovativa di consolidamento, cioè quella effettuata applicando tessuti di materiali compositi fibrorinforzati (FRP). Questi materiali, originariamente impiegati nel campo delle costruzioni navali ed aerospaziali, hanno recentemente visto estendere il proprio impiego al campo dell’edilizia in conseguenza dell’abbassamento dei costi di lavorazione. In particolare trovano impiego nel rinforzo di strutture esistenti, ed è molto importante rilevare come un materiale tra i più innovativi sul mercato possa essere decisamente più compatibile con la muratura rispetto ad altri materiali tradizionali. I vantaggi offerti sono molteplici (estrema leggerezza, maggior compatibilità chimica, fisica e meccanica con la muratura, reversibilità quasi completa), e rendono questo materiale assolutamente idoneo ad essere applicato nel rinforzo delle cupole ed in generale delle strutture murarie.