Cos'è la muratura rinforzata di Brick?

La muratura in mattoni rinforzati (RBM) è un sistema di costruzione che integra la muratura in argilla tradizionale con rinforzo in acciaio, barre deformate o rete metallica saldata, per creare un materiale composito in grado di resistere sia alla compressione che alle forze di trazione. I mattoni forniscono elevata resistenza alla compressione e resistenza al fuoco, mentre le maniglie in acciaio incorporato piegano e cesoia.

Contesto storico

La muratura rinforzata in mattoni è emersa nel XIX secolo come ingegneri hanno cercato di migliorare le prestazioni di edifici in mattoni non rinforzati dopo i terremoti catastrofici e le tempeste eoliche.

Materiali utilizzati in RBM

I tre materiali principali in RBM sono mattoni a argilla], rinforzo dell'acciaio, e morta]. I mattoni sono solitamente solidi o unità nucleo con una resistenza minima di compressione di 20 MPa per pareti portanti di carico di solito 60.

Tecniche di costruzione

Le due tecniche principali dominano la costruzione RBM: le pareti della cavità rinforzate e la muratura rinforzata dei mattoni. Nelle pareti della cavità, l'acciaio viene posto nella cavità verticale e coperto con le wythe di mattoni collegati da legami metallici.

Vantaggi strutturali della muratura di mattoni rinforzati

RBM offre diversi vantaggi strutturali rispetto alla muratura non rinforzata e ai materiali concorrenti come unità di muratura in cemento (CMU) o calcestruzzo semplice, che derivano dall'azione composita di mattoni e acciaio, che può essere quantificata attraverso lo stress – analisi delle tensioni e verificata da test su larga scala.

Maggiore resistenza e duttilità

Il vantaggio più diretto è il drammatico aumento di forza flessibile e trazione. Mentre pareti in mattoni non rinforzate possono sostenere solo basse accelerazioni orizzontali prima di cracking, pareti RBM possono resistere fino a 2-3 volte il carico laterale prima di cedere.

Risilienza sismica

In regioni a forte terremoto, RBM è favorita per la sua elevata capacità di dissipazione dell'energia e capacità di ridistribuire le forze. Il rinforzo dell'acciaio agisce come un continuo legame di tensione tra le disfunzioni articolari dei mortai, impedendo il fallimento fuori del piano che spesso provoca fatalità negli edifici in mattoni non rinforzati.

Maggiore durata contro lo stress ambientale

Il rinforzo in acciaio migliora il controllo delle crepe in laterizio, riduce l'ingresso dell'acqua che porta a danni da gelo, efflorescenza e crescita biologica. Mantenendo larghezze di crepa più strette (oltre 0.3 mm), RBM estende la durata di servizio delle buste da costruzione. Inoltre, i core grouted agiscono come massa termica, stabilizzando le temperature interne e riducendo la domanda di riscaldamento/raffreddamento.

Flessibilità e Spans lunghi

Il rinforzo permette di costruire pareti in mattoni più alte e più sottili di quelle non rinforzate, aumentando l'area del pavimento utilizzabile. Ad esempio, una parete in mattoni non rinforzata di 230 mm di spessore ha tipicamente un limite di altezza di circa 4 m in una zona sismica, mentre una parete rinforzata dello stesso spessore può salire a 8 m o più quando correttamente progettato.

Comparazione muratura rinforzata e non rinforzata

La muratura in mattoni non rinforzata (URBM) è stata utilizzata da secoli, ma i suoi limiti sono ben documentati: bassa resistenza alla trazione, modalità di fallimento fragile e vulnerabilità al differenziale.

  • Capacità di carico:[[] Le pareti RBM possono portare fino al 50% di carico verticale a causa del confinamento da rinforzo e da sbalzo.
  • Resistenza alla temperatura:[] La resistenza alla cesoia RBM è di 3-8 volte quella di URBM, a seconda del rapporto di rinforzo e dello stress assiale.
  • Ridundanza:[ L'acciaio fornisce una seconda linea di difesa se i mattoni crepano, impedendo il collasso progressivo.
  • Velocità di costruzione:[[] RBM non richiede tempi di lavoro o di cura come il cemento, anche se richiede un'attenta sequenziamento della grouting.
  • Costo:] I costi iniziali dei materiali per l'acciaio e la grana sono più elevati, ma i costi del ciclo di vita sono inferiori a causa della riduzione della manutenzione e dei margini di sicurezza più elevati.

Una valutazione comparativa del ciclo di vita del 2021 dal ASTM International[] Journal ha scoperto che gli edifici RBM hanno un'impronta di carbonio del 30% per metro quadrato rispetto ai telai in cemento armato con infill in mattoni, principalmente a causa dell'uso massiccio del cemento nelle colonne e lastre di cemento.

Applicazioni in Costruzione Moderna

RBM non è limitato a nessun tipo di edificio; la sua versatilità lo rende adatto ad un ampio spettro di progetti in cui la resistenza, la durata e la materia estetica.

Edilizia residenziale e commerciale

In costruzione residenziale, RBM è utilizzato per le pareti di partito portanti, pareti di taglio e muri di contenimento in scantinati. Fornisce un eccellente isolamento acustico (STC > 55), resistenza al fuoco (2-4 ora di valutazione), e massa termica, contribuendo all'efficienza energetica.

Ponti e infrastrutture

La muratura in mattoni rinforzati ha una lunga storia in ponti di piccole e medie dimensioni, in particolare ponti ad arco dove il lavoro in mattoni e acciaio in compressione e tensione rispettivamente. Il famoso Ponte di Robert Street in Minnesota (1926) è un esempio notevole. Oggi, RBM è utilizzato per ponti pedonali, bovini, e muri di contenimento lungo le autostrade. Il suo peso di auto aiuta a stabilizzare le strutture di gravità, mentre il rinforzo resiste alla pressione del suolo e ai movimenti termici.

Ritenzione di Mura e Terra

Le pareti di contenimento RBM sono convenienti per altezze fino a 6 m. L'acciaio verticale resiste ai momenti di ribaltamento, mentre il rinforzo orizzontale alla base fornisce un'azione chiave. Queste pareti possono essere costruite con un volto malconciato (slopato indietro) per migliorare la stabilità e ridurre il volume del materiale. Rispetto alle pareti di contenimento del cemento armato, RBM offre un drenaggio migliore attraverso fori di weep incorporati in mattoni.

Restauro storico e conservazione

Quando si ripristinano le strutture di mattoni del patrimonio, gli ingegneri spesso specificano il rinforzo nascosto per soddisfare il codice sismico moderno senza alterare l'aspetto. Questa tecnica prevede l'instradamento di canali stretti in giunti di malta esistenti, l'inserimento di barre di acciaio inossidabile, e il riempimento con un epossidico compatibile o un grout. RBM è anche utilizzato per rafforzare volte di muratura e cupole, come si vede nel restauro della Basilica di San Francesco ad Assisi dopo il terremoto di corrosione 1997.

Processo di costruzione e considerazioni

La costruzione di RBM richiede una rigorosa attenzione ai dettagli, alla movimentazione dei materiali e al controllo della qualità. I progettisti devono garantire che il rinforzo sia correttamente posizionato, ancorato e integrato con altri elementi di costruzione.

Rinforzo Luogo di costruzione

Le barre verticali sono tipicamente posizionate in nuclei distanziati a 400-1200 mm sul centro, a seconda dei carichi di design. Devono essere supportate alla base con un tassello ancorato nella fondazione, e al piano superiore lappato in un fascio di legame o una lastra di tetto. Il rinforzo orizzontale è posto nelle giunture di letto, premendo la barra in malta fresca prima di posizionare il corso di mattoni successivo.

Mortaio e legame

Il malta deve avere una forza di legame sufficiente per trasferire le forze tra mattoni e rinforzo senza schiacciare. Il malta tipo S (2.500 psi) è lo standard per RBM, in quanto bilancia la lavorabilità con alta resistenza. Quando le barre orizzontali sono posizionate nelle giunture del letto, il letto mortale deve essere abbastanza spesso (10-12 mm) per avvolgere completamente la barra.

Controllo e test di qualità

Il test sul campo include la verifica della dimensione e del grado della barra, il controllo della copertura con un contatore di copertura, l'esecuzione di test di estrazione su tasselli di ancoraggio, e la prova della forza di compressione di grana attraverso i cilindri. Per le strutture critiche, le pareti del campione possono essere testate sotto carichi laterali ciclici per convalidare le ipotesi di progettazione.

Implicazioni di costi e sostenibilità

Il costo installato di RBM varia per regione e complessità, ma è generalmente 10-20% più alto rispetto ai mattoni non rinforzati e paragonabile a CMU rinforzato. Tuttavia, quando si considera la velocità di costruzione (nessun formwork) e i requisiti di fondazione ridotti (struttura più leggera rispetto al telaio in cemento), RBM può essere competitivo per edifici di massa di media costruzione.

Conclusioni

La muratura in mattoni rinforzata rimane un sistema strutturale vitale per architetti, ingegneri e costruttori che cercano un equilibrio di resistenza, resilienza, estetica e sostenibilità. Attraverso la combinazione sinergica della capacità di compressione del mattone e della duttilità in acciaio, RBM offre prestazioni superiori nelle zone sismiche, nelle zone ad alto vento e nelle applicazioni quotidiane di carico.