La riduzione della spinta in archi e volte : confronto tra le principali tecniche, analisi e modellazione

The reinforcement of arches, vaults and domes is a significant issue in Italy, as well as in Europe, where there is a huge heritage of civil and religious buildings, and therefore it's compulsory to operate in accordance with their structure and function, though ensuring the pursuit of the strengthening aim. After a detailed historical overview of the construction techniques evolution, as well as the centring use and removal, the materials choice, the elements arrangement, and, moreover, the static principles underlying them, different kinds of failure mechanisms and cracks have been observed, in order to discover the most likely causes and to determine the best tools to verify or refine the hypotheses. Many techniques reducing the outward thrust have been suggested, then focusing on those chosen for a larger diffusion or for reducing the invasiveness over the intrados surface. A Finite Element Analysis using the SAP2000 program has been performed to validate the mechanisms of collapse through the formation of the plastic hinges in arches, varying their impost features in semicircular and segmental ones, by a comparison with the studied static schemes, then the vault behaviour, also by adding the reinforcement systems in the analysis, those are the steel bars, lying both under the intrados and on the extrados, the metallic cables and the “graffette method”, successfully tested in many buildings, as it's possible to see in the photographic documentation provided. Adding some aesthetic considerations and a detailed economic estimate, referred to the technical details done and then used in the F.E.M. analysis too, all the main devices to improve the performances of vaulted constructions, by reducing their outward thrust, have been compared. 

Il consolidamento di coperture voltate è una tematica fondamentale in Italia, così come in Europa, dove è illimitato il patrimonio di edifici a carattere civile e religioso, e deve essere affrontato con particolare riguardo in modo da operare nel rispetto della geometria e della funzione svolta, garantendo la fruizione in sicurezza degli ambienti. Dopo aver analizzato in un puntuale excursus storico l'evoluzione delle tecniche costruttive di archi e volte, nonché di disarmo e alleggerimento, la scelta dei materiali, la disposizione degli elementi, come pure i principi statici ad essi sottesi, si sono analizzati le lesioni e i degradi che più frequentemente possono comparire, indicandone poi le cause più probabili e gli strumenti con i quali verificare le ipotesi di dissesto. Si suggeriscono, inoltre, le modalità d'intervento atte a contenere le spinte esercitate dall'arcata sui piedritti, soffermandosi su quelle che, per maggior diffusione o minor invasività delle superfici, sono state in seguito oggetto di un'analisi ad Elementi Finiti mediante il programma SAP2000. Con essa si sono prima analizzati i meccanismi di collasso dell'arco, variandone la fattezza dell'arcata e dei piedritti, confrontandoli con elevata aderenza con quelli suggeriti dalla lettura di settore, quindi si è attuato un utile raffronto tra i diversi sistemi contenitivi, ovvero catene metalliche, poste in posizione intradossale ed estradossale, cavi estradossali e il metodo delle “graffette”, sperimentato con successo in alcuni edifici, come visibile nella documentazione fotografica presentata. Attraverso le opportune verifiche tensionali, sulla muratura, le capriate e gli elementi metallici, e di stabilità dell'intera struttura, affiancando, inoltre, considerazioni di carattere estetico e una stima economica dettagliata, riferita ai particolari costruttivi, utilizzati anche per l'analisi F.E.M., si è cercato di delineare tutti gli aspetti che un progettista deve soppesare prima di decidere come intervenire sull' arco o sulla volta ammalorati.