Utilizzo di materiali innovativi per il risanamento di un massetto a supporto di un mosaico romano di Villa Silin, Leptis Magna

Roma, 17 Aprile 2015
Utilizzo di materiali innovativi per il
risanamento di un massetto a supporto di un
mosaico romano di Villa Silin, Leptis Magna
Ing. Stefania Arangio
StroNGER s.r.l.
stefania.arangio@stronger2012.com

Structure of Next Generation – Energy harvesting and Resilience
Spin-off di Ricerca – www.stronger2012.com
• Progettazione, adeguamento e ottimizzazione di
strutture nuove ed esistenti
Modellazione numerica avanzata
• Approccio ingegneristico alla progettazione di
strutture in caso di incendio
• Ingegneria Forense
• Ricerca e sviluppo
Resilienza
Sostenibilità e recupero energetico
Soluzioni innovative per l’Ingegneria Strutturale
ATTIVITA’

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Uso di materiali innovativi per il risanamento del supporto di un mosaico
Prof. Maria Laura Santarelli: Coordinatore scientifico
Prof. Franco Bontempi
Stefania Arangio, Ph.D., P.E.
Alessandra Broggi, Ph.D.
M.Paola Bracciale, Ph.D.
Gaia Quattrociocchi, Ph.D. student
Martina Zuena, Ph.D. student
Partecipanti al progetto di risanamento del mosaico di Villa Silina

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1. Progettazione dei nuovi pannelli di supporto al mosaico
2. Scelta dei materiali
3. Analisi numeriche a supporto della progettazione
4. Sperimentazione: proprietà meccaniche delle varie miscele
Indice

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Caso di studio

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Caso di studio

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Caso di studio

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Danneggiamento del mosaico

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Analisi del danneggiamento
Il supporto del mosaico e’ significativamente degradato.
Il massetto esistente fu posizionato in un restauro fatto negli anni ‘70.
E’ di calcestruzzo con una rete elettrosaldata.
Le armature si sono ossidate e hanno danneggiato la struttura del massetto
al punto da far saltare anche alcune tessere di mosaico.
Cause concorrenti del danno osservato:
• Il calcestruzzo e l’acciaio non sono materiali adatti per applicazioni in
ambienti aggressivi;
• Lo spessore del massetto non adeguato puo’ aver portato alla formazione
di fessure;
• Mancanza (o completa assenza) di adeguati giunti di isolamento (per la
protezione delle barre) e di dilatazione (per evitare fessurazioni);

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Progettazione del nuovo massetto
Requisiti:
- Intervento non invasivo e reversibile;
- Utilizzo di materiali naturali sostenibili che siano compatibili con il
calcestruzzo esistente sotto le tessere;
- Prestazioni strutturali adeguate.
Considerando l’ambiente di progetto la progettazione si e’ orientata alla ricerca
di materiali e strategie che evitassero la formazione di fessure che
potrebbero danneggiare il mosaico:
• Utilizzo di fibre con un buon comportamento a trazione all’interno della
miscela cementizia; possono evitare la formazione delle micro-fessure iniziali;
• Uso di reti di fibra naturale al posto delle reti elettrosaldate metalliche;
• Uso di malte con buone caratteristiche nei confronti del ritiro.

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Scelta progettuale finale

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Scelta progettuale finale

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Materiali analizzati
1. Malta
• Con calce idraulica naturale (natural hydraulic limes – NHL) del tipo
St. Astier o Lafarge
• Premiscelati a base di calce idraulica naturale
2. Fibre di tipo chopped e milled per il controllo delle fessurazioni
3. Materiali di rinforzo strutturale naturali come le reti di basalto
3. Minibars di basalto

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Proprieta’
• Le fibre si mischiano facilmente con il legante
• Le fibre non galleggiano e non affondano
• La rete rende possibile la riduzione degli spessori delle pavimentazioni
fino al 20%.
• La rete e’ facile da istallare. Non sono richieste attrezzature specifiche
• Le minibars si aggiungono direttamente alla miscela e sostituiscono le
armature
Vantaggi
• Resistente alla corrosione
• Elevata resistenza meccanica
• Peso molto basso (1/3 della densità dell’acciaio)
• Costi moderati
• Aumentano la resistenza chimica e portano a una notevole riduzione della
fessurazione
Proprieta’ del basalto

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Considerazioni alla base delle analisi numeriche
E’ necessario considerare che il mosaico, anche se in forma limitata, verra’
utilizzato. E’ necessario garantire quindi una adeguata resistenza
meccanica del supporto.
• Carichi di esercizio: 2,5 kN/m2
• Specifica attenzione alle fasi transitorie di movimentazione
• Lo stato limite ultimo non e’ importante per il caso considerato perche una
deformazione eccessiva provocherebbe il distacco delle tessere del
mosaico.

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Piastra n.1: analisi non lineare
Piastra quadrata 1m x1m con appoggi monolateri
Materiale non lineare
Tensioni principali σ22 Tensioni principali σ11
Impronta di carico di
1kN su 0.25m x 0.25m
Appoggio su
4 lati

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Piastra n.1: analisi non lineare
Nel range di interesse la risposta e’ in campo lineare
2,5 kN su
0,25m x0,25m
Piastra quadrata 1m x1m con appoggi monolateri
Materiale non lineare

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Piastra n.2: analisi non lineare – fase transitoria
Piastra rettangolare 2m x1m con appoggi solo sui 4 vertici
Materiale non lineare – fase transitoria
Due carichi da 2,5 kN su
impronta 0,25m x 0,25m
Apppoggi sui vertici
Spostamenti verticali sotto
1,5 x peso proprio

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Nel range di interesse la risposta e’ in campo lineare
Peso proprio
Piastra n.2: analisi non lineare – fase transitoria
Piastra rettangolare 2m x1m con appoggi solo sui 4 vertici
Materiale non lineare – fase transitoria

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Indice

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Schema della prova a flessione
Sono state realizzate 8 piastre di prova con miscele diverse
di dimensioni 1m x 0,5 cm
Schema statico: appoggio lungo il lato di 0,5m – luce libera: 90 cm
Carico crescente applicato su una piastra di diffusione di dimensioni 30 cm x10 cm
Entità del carico massimo prevista: circa 150 kg
Freccia massima prevista: < 40 mm
Entità del carico di interesse: circa 100 kg
Freccia massima di interesse: < 10 mm
P
50 cm
90 cm
5 cm
10 cm
30 cm
In prossimità dell’appoggio
sensori

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Prove a flessione

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Composizione delle piastre
n. NHL 5 Fibre di tipo
chopped
Rete in basalto
(H=2,5cm)
Minibars
B1 X NO X NO
B2 X X (1/2”) 6%W X NO
B3 X X (1/2” ) 3%W X NO
B4 X X (2%W) NO X

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NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + rete di basalto
Risultati: mix B1
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50
Carico(kg)
Spostamenti verticali (mm)
DIAGRAMMA CARICHI-SPOSTAMENTI VERTICALI
mix1
mix1_2Rottura fragile
Fessurazione trasversale
solo rete

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Risultati: mix B1
Fessura 1
Fessura 2

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Mix 2: NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + fibre chopped al 6% + rete di basalto
Mix 3: NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + fibre chopped al 3% + rete di basalto
Risultati: mix B2 e mix B3
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50
Carico(kg)
mix2
mix3
fibre al 6%
fibre al 3%

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Mix 4: NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + fibre chopped + minibars
Risultati: mix B4
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50
Carico(kg)
mix4_1
mix4_2
mix4_3
Buon comportamento ai cicli di carico e scarico

Vista delle minibars nella zona di rottura

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Confronto dei comportamenti
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50
Carico(kg)
mix1
mix1_2
mix2
mix3
mix4_1
mix4_2
mix4_3
solo rete
rete +
chopped
chopped +
minibars

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40
Confronto dei comportamenti per spostamenti < 1,5mm
0
50
100
150
200
0,00 0,50 1,00 1,50
Carico(kg)
mix1
mix2
mix3
mix4
solo rete
rete +
chopped
chopped +
minibars
Range di interesse per l’applicazione
considerata

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Prove di carico aggiuntive…
Circa 300 kg…
Prova a carico crescente

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Prove di carico aggiuntive…
40 cm
400 kg
Le piastre hanno sopportato fino a
400 kg su una luce di circa 40 cm

Prova «di impatto»
40 cm
H = 50 cm
50 kg

Prova «di impatto» a carico crescente
70 kg

Prova «di impatto» a carico crescente
85 kg

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Conclusioni
Caratteristiche dell’intervento:
• Restauro con materiali naturali (calce idraulica naturale, basalto)
• Materiali con buona resistenza agli agenti atmosferici e al degrado
• Intervento reversibile
A supporto della progettazione e’ stata svolta una estesa campagna
sperimentale che ha visto la collaborazione e l’interazione tra tecnici e
studiosi con competenze diverse.
I risultati della sperimentazione hanno mostrato che la soluzione scelta
assicura le prestazioni richieste sia dal punto di vista filologico che di
calcolo strutturale.

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