Restauro statico delle strutture in cemento armato Il restauro e il rinforzo di elementi strutturali in cemento armato si effettuano inserendo nuove armature e aumentando le sezioni in calcestruzzo Specialmente negli interventi di adeguamento sismico, può essere necessario inserire nuovi elementi strutturali. In ogni caso l'esito delle operazioni è legato alla trasmissione degli sforzi fra materiali esistenti e materiali di apporto o fra elementi strutturali nuovi ed esistenti. Le verifiche di resistenza delle sezioni restaurate devono essere condotte tenendo conto dei meccanismi di trasmissione degli sforzi.

Possibili meccanismi di trasmissione degli sforzi: tra cls e acciaio pull-out tra cls e cls: 2. compressione 3. attrito cls/cls 4. coesione (ripresa della lesione con resine) tra armature: 5. azione “perno”

Trasmissione degli sforzi cls/cls: SFORZO DI COMPRESSIONE favorito da operazioni quali: scalpellare la superficie esistente per conferire ruvidità; pulire accuratamente le superfici mediante getti d’aria e acqua a pressione; bagnare abbondantemente per almeno 6 ore prima del nuovo getto. Per tener conto della compattazione tra cls esistente e cls nuovo, si può assumere un modulo elastico ridotto per il tratto del nuovo getto.

Trasmissione degli sforzi cls/cls: SFORZO DI TAGLIO per coesione per attrito per l'azione perno esercitata da armature perpendicolari all'interfaccia. La trasmissione per coesione e per attrito non sono affidabili. Pertanto per la trasmissione del taglio si ricorre all'impiego di connettori disposti ortogonalmente alla direzione dello sforzo da trasmettere.

Il meccanismo di collasso può essere: Azione perno: si sviluppa quando le barre metalliche sono disposte perpendicolarmente al piano di scorrimento fra cls vecchio e nuovo. Il meccanismo di collasso può essere: schiacciamento del cls a contatto con la barra in prossimità dell'interfaccia e snervamento dell'acciaio del perno; per frattura del cls.

Verifiche verifica a taglio del perno nella sezione di interfaccia; verifica a momento flettente del perno: in presenza di taglio, le superficie di contatto subiscono uno scorrimento relativo, l'armatura trasversale viene messa in trazione e, per l'equilibrio locale, il cls adiacente risulta compresso. Questo aumento di compressione può portare alla plasticizzazione del cls nelle zone di contatto. Il perno rimane così scoperto per un certo tratto con conseguente inflessione; verifica a compressione del cls: la plasticizzazione del cls all'interfaccia perno-cls, risulta nello scorrimento del perno.

Tecniche di intervento Iniezione delle lesioni non passanti: per ripristinare la coesione fra le due facce di una lesione.

Rivestimento con rete elettrosaldata: Ci devono essere sovrapposizione fra due parti di rete, e connettori fra rete e cls.

Applicazione di lamiere d'acciaio

PILASTRI - riparazione locale senza aumento di sezione: le vecchie barre devono essere scoperte fino a trovare una superficie sana e ci deve essere sovrapposizione fra barre vecchie e nuove..

PILASTRI - aumento di resistenza a pressoflessione e taglio Incamiciatura con nuove armature: le barre longitudinali devono essere collegate col cls delle travi inferiore e superiore, mediante spezzoni inghisati. Può essere opportuno inserire barre trasversali passanti.

PILASTRI, rinforzo a pressoflessione e taglio: Beton Plaqué Rinforzo con profilati d'acciaio ad L lungo gli spigoli del pilastro, uniti con calastrelli saldati. I calastrelli sulle facce opposte possono essere uniti da barre passanti in modo da solidarizzare traliccio d'acciaio e pilastro esistente.

TRAVI - riparazione locale senza aumento di sezione:

TRAVI - incamiciatura totale con nuove armature:

NODI - rinforzo con incamiciatura di cemento armato:

TELAI - rinforzo con controventi in acciaio:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione con soletta superiore collaborante:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione con soletta superiore collaborante/2:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione con soletta superiore collaborante - VANTAGGI • aumento della sezione resistente per incremento del momento d’inerzia; • aumento conseguente della rigidezza; • aumento della resistenza ai carichi taglianti; • maggiore ripartizione di carichi concentrati; • possibilità di migliore ancoraggio alle strutture perimetrali e quindi possibilità di garantire un certo livello d’incastro ai travetti; • migliore distribuzione delle forze sismiche sulle strutture portanti.

SOLAI – consolidamento mediante integrazione con soletta superiore collaborante - SVANTAGGI È necessario però tenere presente l’aumento di carico che la soluzione comporta (corrispondente, per 4 cm di spessore, a circa 100 kg/m2). Tale aumento costituisce un fattore negativo sia perché produce un aumento delle sollecitazioni in tutta la struttura (non solo nei solai), ma anche un aumento del carico sismico. Le operazioni connesse implicano inoltre la rimozione del pavimento soprastante, e non sono praticabili nel caso di pavimenti di pregio.

SOLAI – consolidamento mediante integrazione con soletta superiore collaborante - FASI Fase 1 - Operazioni preliminari: rimozione del pavimento e delle malte di allettamento. Fase 2 - Puntellazione del solaio: la struttura deve essere sostenuta con puntelli, dando eventualmente alla stessa una lieve controfreccia. Fase 3 - Preparazione della superficie di interfaccia: per incrementare la collaborazione tra la soletta e i travetti, la superficie estradossale del solaio deve essere scabra e pulita. La superficie deve essere bagnata prima del getto della soletta. Fase 4 - Risanamento della struttura esistente: i ferri esistenti all’estradosso, se ossidati, devono essere puliti, eventualmente trattati con materiale antiossidante ed integrati. Fase 5 - Preconsolidamento: eventuali fessure e crepe esistenti possono essere iniettate con boiacca di cemento polimerico epossidico. Fase 6 - Preparazione alle imperniature (eventuale): fori di alloggiamento dei connettori lungo i travetti del solaio con interasse di 30 cm e una profondità pari a 2/3 dello spessore. Fase 7 - Disposizione e connessione dell’armatura: rete elettrosaldata ≅ 6-8 mm. Nei fori si inseriscono connettori ancorati iniettando malta cementizia o a base di resina epossidica moderatamente espansiva. Fase 8 - Getto della soletta: con calcestruzzo ad alta fluidità, additivi antiritiro ed inerti di granulometria ridotta o con malta strutturale premiscelata fibrorinforzata a ritiro controllato.

SOLAI – consolidamento mediante integrazione dell’armatura metallica inferiore:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione dell’armatura metallica inferiore:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione dell’armatura metallica inferiore – VANTAGGI: L’incremento di acciaio in zona tesa produce un duplice effetto: • aumento della sezione resistente in acciaio a trazione e conseguente aumento del momento d’inerzia; • abbassamento dell’asse neutro della sezione con conseguente aumento della parte di calcestruzzo reagente a compressione e diminuzione delle tensioni di compressione; Nel caso di intervento mediante barre saldate a quelle esistenti, è necessario verificare che le nuove barre siano adeguatamente ancorate fino in zona compressa, mentre nel caso di applicazione di una lamina d’acciaio inferiore dovranno essere verificate con estrema attenzione le tensioni nell’incollaggio.

SOLAI – consolidamento mediante integrazione dell’armatura metallica inferiore – FASI: Fase 1 - Puntellamento del solaio. Fase 2 - Scarificatura ed asportazione parti ammalorate. Fase 3 - Preparazione della superficie di interfaccia. I ferri dell’armatura inferiore vengono messi a nudo e sono puliti. Fase 4 - Risanamento. Nel caso di impiego di nuovi tondini, saldati a quelli esistenti e opportunamente ancorati. In ogni caso è opportuno che i ferri vengano protetti con uno strato di malta cementizia, in genere polimerica anticorrosiva. Fase 5 - Preconsolidamento. Eventuali fessure e crepe devono essere iniettate con boiacca di cemento o polimerica epossidica. Fase 6 - Ripristino. Le parti asportate sono ricostruite con l’applicazione corticale a cazzuola di malta cementizia o polimerica epossidica a ritiro compensato, eventualmente fibro-rinforzata. Fase 7 - Applicazione del nastro in acciaio. Nel caso di applicazione di un nastro di acciaio, la superficie deve essere preventivamente predisposta con uno strato di primer, per migliorare le capacità di incollaggio della struttura; si procede poi all’incollaggio del nastro in acciaio a mezzo di collante a base epossidica. Fase 8 - Protezione. L’acciaio viene protetto dalla corrosione mediante specifici prodotti anticorrosivi.

SOLAI – consolidamento mediante integrazione dell’armatura metallica inferiore:

SOLAI – consolidamento mediante applicazione di FRP:

SOLAI – consolidamento mediante integrazione di travetti:

INSERIMENTO DI NUOVI ELEMENTI STRUTTURALI: Soprattutto negli interventi di adeguamento sismico, occorre spesso inserire nuovi elementi strutturali. Nella progettazione occorre tener conto della effettiva distribuzione delle azioni fra gli elementi esistenti ed i nuovi. Es. 1: i carichi verticali, se non si adottano particolari accorgimenti (sollevamento in fase di realizzazione), graveranno solo in parte sulle nuove strutture. Es. 2: particolare attenzione ad adottare la modellazione con diaframmi rigidi se i solai non sono ben collegati alle nuove strutture ed effettivamente in grado di sopportare le azioni derivanti dalla funzione di diaframma.

INSERIMENTO DI NUOVI ELEMENTI STRUTTURALI: E’ fondamentale curare la progettazione e l’esecuzione delle connessioni fra nuovi e vecchi elementi, tenendo conto dei possibili meccanismi di trasmissione degli sforzi. In particolare, occorre prevedere un numero adeguato di barre di ancoraggio dei nuovi elementi a quelli esistenti. Di solito le barre di ancoraggio vengono inserite in fori trapanati ed inghisati con resine. La lunghezza di ancoraggio deve essere sufficiente a trasmettere gli sforzi.

Inserimento di setti in c.a. nei campi di telaio

Rinforzo travi

Inserimento controventi

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Riferimenti bibliografici Avramidou N.: "Criteri di progettazione per il restauro delle strutture in cemento armato", Liguori Editore, 1990. Bibl. DIS, X II 19