Villa di Silin. Aspetti progettuali dell’intervento di restauro.

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Villa di Silin
Aspetti progettuali dell’intervento di restauro
Ferrara, 27 Marzo 2014

2 Persone coinvolte nel progetto
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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, Master student

3 Indice
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1. Progettazione dei nuovi pannelli di supporto al mosaico
2. Sperimentazione – Parte 1: scelta dei materiali
• Tipo di malta
• Influenza delle fibre di basalto di tipo «chopped»
3. Analisi numeriche a supporto della progettazione
4. Sperimentazione – Parte 2: proprietà meccaniche delle varie
miscele
• Malta con calce idraulica naturale
• Rete di basalto
• % di fibre chopped
• Minibars
5. Conclusioni

4 Indice
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1. Progettazione dei nuovi pannelli di supporto al mosaico
• Tipo di malta
miscele
• Rete di basalto
• Minibars

6 Degrado delle armature usate nel precedente restauro
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7 Analisi del danneggiamento
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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 non e’ un materiale adatto per applicazioni in ambienti
aggressivi dal punto di vosta ambientale
• 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)
• Errata disposizione delle barre di armatura;
• Compattazione del terreno errata o insufficente

8 Progettazione del nuovo massetto
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Requisiti:
- Intervento non invasivo;
- Reversibile;
- Prestazioni strutturali adeguate
- Utilizzo di materiali naturali sostenibili;
- Compatibilita’ del materiale con il calcestruzzo esistente sotto le tessere.
Considerando l’ambiente di progetto, caratterizzato da variazioni elevate di
temperatura e umidita’, 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.
La fase di ptrogettazione e’ stata supportata da esaustive simulazioni
numeriche per la valutazione delle prestazioni delle soluzioni analizzate.

9 Aspetti considerati nella progettazione strutturale
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10 Scelta progettuale finale
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Sezione della pavimentazione
Mosaico
Massetto in
NHL
Rete in basalto
Mattoncino romano
5 cm

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1. Progettazione dei nuovi pannelli di supporto
• Tipo di malta
• Influenza delle fibre di basalto di tipo chopped
miscele
• Rete di basalto
• Minibars

14 Scelta dei materiali
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1. Malta
• Con calce idraulica naturale (natural hydraulic limes – NHL) del
tipo St. Astier o Lafarge
• Premiscelati a base di calce idraulica naturale
• Cementi naturali
2. Fibre di tipo chopped per il controllo delle fessurazioni
• Definitione del tipo, delle dimensioni e della percentuale nell’impasto
3. Materiali di rinforzo strutturale naturali come le reti di basalto
4. Minibars di basalto

15 Materiali: 1) Scelta della malta
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Sono state analizzati:
• Calce idraulica naturale del tipo St. Astier
• St.Astier NHL 3,5
• St. Astier NHL 5
• Calce idraulica naturale premiscelta con aggregati di granulometria
definita
• Cimax mas es calce idraulica
• Cimax cocciopesto

20 Materiali: 2) fibre di basalto
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Nella miscela verranno utilizzate fibre di basalto di
tipo chopped
Le fibre sono ottenute dalla lavorazione del basalto
fuso e sono prodotte in diverse dimensioni.
Vengono trattate con specifici materiali per le
applicazioni con leganti cementizi.

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Proprieta’ delle fibre di basalto
Vantaggi
• Resistente alla corrosione
• Elevata resistenza meccanica
• Peso molto basso (1/3 della densità dell’acciaio)
• Aumentano la resistenza all’abrasione
• Aumentano la vita utile della costruzione a costi moderati
• Aumentano la resistenza chimica e portano a una riduzione della
fessurazione fino al 95%
Proprieta’
• Si mischiano facilmente con il legante
• Non galleggiano e non affondano
• Ottima compatibilità con il calcestruzzo
• Durabile
• Sicuro e facile da lavorare
Applicazioni
• Riduzione della fessurazione in pavimentazioni industriali o lastre di elevate
dimensioni
• Adatte ad ambienti aggressivi
• Adatte in aree con elevate sbalzi termici

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Fibre di tipo chopped
http://www.basaltex.com/files/cms1/WET%20Chopped%20Basalt%20Filaments.pdf

23 Fibre di tipo milled
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24 Scelta di malta e fibre: Prima fase della sperimentazione
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Test svolti presso la sede del CiSTEC/Sapienza il 16/10/2013
Il leganti sono stati analizzati e testati al fine di verificare la compatibilita’ con il
calcestruzzo residuo e la loro resistenza meccanica.

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Scelta di malta e fibre: Prima fase della sperimentazione
Test svolti presso la sede del CiSTEC/Sapienza il 16/10/2013
Codici utilizzati nei grafici
Leganti
MC1: CIM 1
MC2: CIM 2 (14 gg)
MCC1: CIM cocciopesto 1
MCC2: : CIM cocciopesto 2 (14 gg)
NHL 3,5: St. Astier NHL 3,5
NHL 5: St. Astier NHL 5
Fibre
MF1: Milled fibers 1
MF2: Milled fibers 2
CHOPPED
3 cm
2 cm
15 cm
2 cm

3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Mortars
Mortars +
fibers MF1
Mortars +
Fibers MF2
Mortars +
Chopped
Prova a flessione
Valutazione degli effetti dell’aggiunta di fibre

Valutazione dei benefici ottenuti con l’aggiunta di fibre
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Leganti + Chopped
Leganti + MF1
MC1 + CHOPPED
MC2 + CHOPPED
MCC1 + CHOPPED
NHL 3,5 + CHOPPED
NHL 5 + CHOPPED
MCC2 + CHOPPED
MC1 + MF1
MC2 + MF1
MCC1 + MF1
MCC2 + MF1
NHL 3,5 + MF1
NHL5 + MF1
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Leganti MC1
MC2
MCC1
MCC2
NHL 3,5
NHL 5
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Leganti + MF2
MC1 + MF2
MC2 + MF2
MCC1 + MF2
MCC2 + MF2
NHL 3,5 + MF2
NHL5 + MF2
0 1 2 3 4 5
0
0 1 2 3 4 5

3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Valutazione dell’influenza delle fibre su ogni legante (1/2)
MC1 + fibre
MC1
MC1 + CHOPPED
MC1 + MF1
MC1 + MF2
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
MC2 + fibre
MC2
MC2 + CHOPPED
MC2 + MF1
MC2 + MF2
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
MCC2 + fibre
MCC2
MCC2 + CHOPPED
MCC2 + MF1
MCC2 + MF2
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
MCC1 + fibre
MCC1
MCC1 + CHOPPED
MCC1 + MF1
MCC1 + MF2
0 1 2 3 4 5

3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Valutazione dell’influenza delle fibre su ogni legante (2/2)
NHL3 + fibre
NHL 3,5
NHL 3,5 + CHOPPED
NHL 3,5 + MF1
NHL 3,5 + MF2
0 1 2 3 4 5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
NHL5 + fibre
NHL 5
NHL 5 + CHOPPED
NHL5 + MF1
NHL5 + MF2
0 1 2 3 4 5
I risultati migliori sono dati dalla NHL 5 + fibre di tipo CHOPPED

30 Materiali: 3) rete di basalto
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30/61
Vantaggi
• Buone proprieta’ meccaniche.
• Resistenza agli ambienti di progetto agressivi – non si ossida
• Riduce la diffusione e l’estensione delle fessure.
• Prolunga la vita utile delle strutture riducendo gli effetti legati ai carichi ciclici
e al degrado nel tempo.
• Rende possibile la riduzione degli spessori delle pavimentazioni fino al
20%.
• Facile da istallare. Non sono richieste attrezzature specifiche.
• Le superfici sono trattate per migliorare l’adesione con il calcestruzzo e
migliorare la resistenza a trazione e ad urti.

31/31
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31/61
http://www.basaltex.com/files/cms1/Basalt%20mesh%2025%20x%2025%20mm.pdf

32 Materiali: 4) minibars di basalto
32/61
32/61

33/33
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33/61
• Tipo di malta
miscele
• Rete di basalto
• Minibars

34 Considerazioni alla base delle analisi numeriche
34/61
34/61
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
• Stato limite ultimo: non e’ importante per il caso considerato perche
una deformazione eccessiva provocherebbe il distacco delle tessere
del mosaico.

35 Piastra n.1: analisi lineare
35/61
35/61
Piastra quadrata 1m x1m semplicemente appoggiata
Materiale elastico lineare
Impronta di carico di
1kN su 0.25m x 0.25m
Intradosso
Appoggio su
4 lati
Spostamenti Modello verticali

36 Piastra n.1: analisi non lineare (1/2)
36/61
36/61
Piastra quadrata 1m x1m con appoggi monolateri
Materiale non lineare
Tensioni principali 22 Tensioni principali 11

37 Piastra n.1: analisi non lineare (2/2)
37/61
37/61
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

38 Piastra n.2: analisi non lineare – fase transitoria (1/2)
38/61
38/61
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

39/39
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39/61
Piastra n.2: analisi non lineare – fase transitoria (2/2)
Piastra rettangolare 2m x1m con appoggi solo sui 4 vertici
Materiale non lineare – fase transitoria
Nel range di interesse la risposta e’ in campo lineare
Peso proprio

40 Indice
40/61
40/61
• Tipo di malta
miscele
• Rete di basalto
• Minibars

41 Schema della prova a flessione
41/61
41/61
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
sensori
In prossimità dell’appoggio

42 Prove a flessione
42/61
42/61

43 Materiali
43/61
43/61
1. Malta: NHL5 + sand (1:2)
2. Fibre di basalto di tipo chopped
2. Rete di basalto a maglia 25x25 mm
4. Minibars di basalto
Sono state realizzate 8 piastre di prova di dimensioni 1m x 0,5m x 5 cm

44 Getto delle prime 4 piastre (16/01/2014)
44/61
44/61
n. NHL 5 Fibre chopped
(6%W)
Rete di basalto
(H=2,5cm)
Minibars
1 X NO NO NO
2 X X (1/2”) X NO
3 X X (1/2” + ¼”) X NO
4 X X NO X

45 Getto delle altre 4 piastre (29/01/2014)
45/61
45/61
n. NHL 5 Fibre di tipo
chopped
Rete in basalto
(H=2,5cm)
Minibars
1 X NO X NO
2 X X (1/2”) 6%W X NO
3 X X (1/2” ) 3%W X NO
4 X X (2%W) NO X

46/46
61
46/61
NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + rete di basalto
Risultati: mix 1 del 29/01
200
150
100
50
0
DIAGRAMMA CARICHI-SPOSTAMENTI VERTICALI
0 10 20 30 40 50
Carico (kg)
Spostamenti verticali (mm)
mix1
Rottura fragile mix1_2
Fessurazione trasversale
solo rete

47 Risultati: mix 1
47/61
47/61
Fessura 1
Fessura 2

48/48
61
48/61
Risultati: mix 2 e mix 3 del 29/01
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
200
150
100
50
0
0 10 20 30 40 50
Carico (kg)
mix2
mix3
fibre al 6%
fibre al 3%

50/50
61
50/61
Risultati: mix 4 del 29/01
Mix 4: NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + fibre chopped + minibars
200
150
100
50
0
0 10 20 30 40 50
Carico (kg)
mix4_1
mix4_2
mix4_3
Buon comportamento ai cicli di carico e scarico

51/51
61
51/61
Dettaglio del comportamento di carico e scarico – spostamenti 5 mm
200
150
100
50
0
Risultati: mix 4
0 1 2 3 4 5
Carico (kg)
mix4_1
mix4_2
mix4_3

Vista delle minibars nella zona di rottura

56 Confronto dei comportamenti
56/61
56/61
200
150
100
50
0
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

57 Confronto dei comportamenti per spostamenti 1,5mm
57/61
57/61
200
150
100
50
0
chopped +
minibars
rete +
chopped
0,00 0,50 1,00 1,50
Carico (kg)
mix1
mix2
mix3
mix4
solo rete
Range di interesse per l’applicazione
considerata

58 Prove di carico aggiuntive…
58/61
58/61
Prova a carico crescente
Circa 300 kg…

59 Prove di carico aggiuntive…
59/61
59/61
400 kg
40 cm
Le piastre hanno sopportato fino a
400 kg su una luce di circa 40 cm

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

Prova «di impatto» a carico crescente
70 kg

Prova «di impatto» a carico crescente
85 kg

63 Indice
63/61
63/61
• Tipo di malta
miscele
• Rete di basalto
• Minibars
Conclusioni

64 Conclusioni
64/61
64/61
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.

franco.bontempi@uniroma1.it
stefania.arangio@stronger2012.com
65

Test sulla piastra con la miscela #1

Dettaglio delle miscele - Getto del 16/01/2014
1.NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O (0,3 Wtot)
•15 Kg NHL5
•30 kg sabbia
•13,5 l H20
2.NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O (0,3 Wtot) + chopped fibers + basalt grid
•15 Kg NHL5
•30 kg sabbia
•13,5 l H20
•3,5 kg chopped fibers ¼”
3. NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O (0,3 Wtot) + chopped fibers + basalt grid
•15 Kg NHL5
•30 kg sand
•13,5 l H20
•2,1 kg chopped fibers ½” + 1,4 kg chopped fibers ¼”
4. NHL 5 + sand (1:2) + H2O (0,3 Wtot) + minibars
•15 Kg NHL5
•30 kg sand
•13,5 l H20
•2 kg minibars

Dettaglio delle miscele - Getto del 29/01/2014
1.NHL 5 + sand (1:2) + H2O (0,3 Wtot)+ rete di basalto
•15 Kg NHL5
•30 kg sand
•13,5 l H20
2.NHL 5 + sand (1:2) + H2O (0,3 Wtot) + chopped fibers + basalt grid
•15 Kg NHL5
•30 kg sand
•13,5 l H20
•3,5 kg chopped fibers ¼”
3. NHL 5 + sand (1:2) + H2O (0,3 Wtot) + chopped fibers + basalt grid
•15 Kg NHL5
•30 kg sand
•13,5 l H20
•2,1 kg chopped fibers ½” + 1,4 kg chopped fibers ¼”
4. NHL 5 + sabbia (1:2) + H2O + fibre chopped + minibars
•15 Kg NHL5
•30 kg sabbia
•13,5 l H20
•2 kg minibars

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