Giunzioni meccaniche per le staffe nell’incamiciatura in c.a dei pilastri e dei nodi trave-pilastro

Gli edifici esistenti in c.a. presentano in genere una elevata carenza dei dettagli costruttivi, con staffe molto distanziate e risvoltate a 90° intorno agli spigoli, e per tale ragione i pilastri entrano in crisi prematuramente e la struttura risulta molto vulnerabile.

La tecnica più diffusa per rinforzare i pilastri prevede la realizzazione di una camicia esterna in c.a. di spessore sottile, e pertanto le nuove staffe non possono essere efficacemente chiuse con piegature a 135° di adeguata lunghezza di ancoraggio.

La continuità delle nuove armature trasversali può quindi essere ottenuta soltanto mediante saldatura o giunzione meccanica.

Tuttavia nelle zone critiche le norme tecniche vietano il ricorso alla saldatura per avere modalità di rottura di tipo fragile oltre che per non essere completamente affidabile quando eseguita in cantiere, piuttosto le norme dispongono l’uso di giunzioni meccaniche. Viene qui presentato un nuovo sistema di giunzione meccanica concepito appositamente per realizzare la chiusura delle nuove staffe della camicia di rinforzo dei pilastri degli edifici in c.a.

L’impiego di tale manicotto consente di rinforzare sia le zone critiche ed anche il pannello non confinato dei nodi trave-pilastro qualunque sia la geometria degli elementi strutturali e ciò grazie alla elevata versatilità d’uso di tale dispositivo.

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Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE

Couplers for ties in concrete jacketing of columns and beam-columns joints

Adeguamento di ponti in c.a.p. con materiali compositi 

A. Trimboli1, E. Nespolo2, F. Guidolin2

1 Engineer firm, Cosenza, Italy

2 Tecnaria spa, Bassano del Grappa (VI), Italy


1 VULNERABILITA’ DEGLI EDIFICI IN C.A.

1.1 Il ruolo dei dettagli costruttivi

Gli edifici in cemento armato realizzati nel secolo scorso presentano frequentemente una elevata vulnerabilità sismica, intendendo con ciò che la capacità di sopportare azioni orizzontali, dovute al sisma, può essere sensibilmente minore della domanda effettiva.

Il motivo di questa circostanza non è da ascrivere tanto al fatto che le dimensioni degli elementi geometrici, travi e pilastri, possano essere insufficienti, e nemmeno tanto alle caratteristiche meccaniche del calcestruzzo e dell’acciaio delle barre d’armatura sicuramente minori di quelle attualmente in uso, piuttosto è da ricercare principalmente nella scarsa qualità dei dettagli costruttivi.

In effetti è verosimile che in occasione delle indagini conoscitive che si effettuano prima di modellare l’edificio, emerga che le armature non siano state disposte seguendo la regola dell’arte per cui le barre longitudinali non presentano lunghezze di ancoraggio sufficienti, le staffe sono aperte, il tratto di nodo del pilastro è sprovvisto di staffe, ed inoltre lo strato di ricoprimento delle armature è esiguo.

Queste situazioni possono portare al collasso prema- turo degli edifici che si verifica spesso nella zona dei pilastri a cavallo del nodo con le travi in esso convergenti.

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1.2 Le disposizioni normative del passato

È opinione comune associare la errata prassi costruttiva riscontrabile negli edifici in cemento armato realizzati nel passato al fatto che le normative del tempo non contenessero le disposizioni opportune per giungere ad eseguire correttamente anche la manifattura dei dettagli esecutivi.

In realtà se si leggono attentamente le norme del secolo scorso si può comprendere come già all’epoca fossero chiari i concetti principali legati al buon esito di una struttura in cemento armato.

Ad esempio a proposito dell’interasse tra le staffe le prime norme italiane del 1907 richiedevano che “le legature trasversali dei ferri che armano il pilastro devono essere eseguite, colla massima cura e trovarsi almeno così vicine da escludere la possibilità della flessione laterale dei detti ferri considerati come isolati”.

Quindi, per gli elementi compressi, le norme prevedevano di adottare l’interasse minimo tra quello risultante dal calcolo per il soddisfacimento della verifica a taglio e quello derivante da un ulteriore calcolo mirato a prevenire il collasso delle barre longitudinali per instabilità a carico di punta.

Nella successiva stesura delle norme del 1924 il medesimo punto veniva modificato con la seguente disposizione: “le legature trasversali dei ferri che armano il pilastro devono essere efficaci e trovarsi a distanza notevolmente inferiore a quella per la quale potrebbe avvenire la flessione laterale dei detti ferri, considerati come isolati”.

Nelle norme del 1939, restate in auge fino al 1972, si richiedeva poi che le membrature compresse fossero dotate “di conveniente staffatura continua o discontinua con passo o distanza non superiore alla metà della dimensione minima della sezione né a 10 volte il diametro dei ferri dell’armatura longitudinale”. La semplice lettura delle norme tecniche sul cemento armato aiuta a comprendere che quando le indagini sulle armature evidenziano che le staffe sono state disposte a distanze di circa 20-25 cm, come spesso accade anche per usuali pilastri che abbiano la dimensione minima di 30 cm o meno, allora la causa è da ricondurre al fatto che le norme non siano state rispettate in maniera esaustiva nelle fasi di esecuzione dell’opera.

E tale problema è ancora più evidente nei nodi esterni del telaio strutturale, laddove, anche in presenza di travi alte, ad esempio 50-60 cm, si rileva la assenza di staffe nel pilastro di bordo lungo l’intero tratto di intersezione con le travi.

Altre utili osservazioni possono essere fatte a riguardo della sagomatura delle staffe: se è vero che le abitudini costruttive hanno previsto per lungo tempo di ripiegare le staffe semplicemente a 90° intorno ad una delle barre longitudinali di uno degli spigoli, tuttavia le norme prescrivevano una modalità di esecuzione più attenta.

Infatti le stesse prime norme del 1907 richiedevano che “nei punti di interruzione i ferri devono essere sovrapposti per una lunghezza di 30 diametri, ripiegandoli ad uncino alle estremità, oppure verranno riuniti con manicotto filettato. Tali interruzioni devono essere sfalsate e capitare nelle regioni di minore sollecitazione” e ciò senza distinguere tra barre longitudinali e trasversali.

L’interpretazione di questa disposizione avrebbe quindi dovuto portare a realizzare staffe assimilabili al concetto di staffa chiusa per come è comunemente inteso tra gli addetti ai lavori, invece che staffe aperte ovvero risvoltate a 90° nello spigolo.

Senza considerare che, oltre alle norme, anche la manualistica dell’epoca presentava i differenti sistemi di cemento armato dei vari autori trattandoli con dovizia di indicazioni, anche con il supporto di rappresentazioni grafiche.

Le immagini seguenti mostrano alcuni esempi dai quali si intuisce che il ruolo delle staffe negli elementi compressi fosse già noto ed infatti le staffe dei pilastri erano già concepite come chiuse verso l’interno del nucleo di calcestruzzo.

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Infine è importante osservare che le disposizioni normative finora commentate erano contenute già nelle norme tecniche generali da rispettare per le opere in cemento armato, sia in zona sismica ed anche in zona non ritenuta sismica.

1.3 La tecnica della incamiciatura in c.a.

Gli interventi di rinforzo dei pilastri vengono generalmente eseguiti mediante una delle tre metodologie di intervento seguenti:

  • realizzazione di una camicia di rinforzo in betoncino armato in continuità con l’elemento originario;
  • messa in opera di una struttura in carpenteria metallica a ridosso della colonna esistente;
  • placcaggio mediante materiali compositi FRP o FRCM disposti in aderenza continua con le facce del pilastro.

La prima delle tre tecniche elencate rappresenta il metodo di intervento più diffuso innanzitutto perché di fatto non introduce nulla di nuovo ed è di facile comprensione anche per le maestranze.

Inoltre mediante l’incamiciatura in cemento armato risulta possibile raggiungere una serie di benefici altrimenti non perseguibili con le altre due tecniche, nello specifico si può ottenere anche l’incremento di resistenza a flessione, l’aumento della capacità portante del tratto di nodo e l’innalzamento della rigidezza (e di conseguenza degli spostamenti), e ciò in aggiunta all’aumento della resistenza a taglio ed a sforzo normale e della duttilità, risultati questi comuni anche alle altre tecniche.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: seismic retrofitting, RC beam-column joints strenghtening, mechanical coupler, ties, RC jacketing, critical regions strenghtening / adeguamento sismico, rinforzo dei nodi trave-pilastro, giunzione meccanica, staffe, incamiciatura in c.a., rinforzo zone critiche


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ICD 2020: L'Evento più importante per gli appassionati di strutture in Calcestruzzo

Nel 2020 si terrà a Napoli la terza edizione degli Italian Concrete Days organizzati da aicap e CTE.

Per saperne di più collegarsi al sito degli ITALIAN CONCRETE DAYS 2020


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