Progettazione e realizzazione di un intervento di conservazione e ripristino di opere in c.a.

Tratto dal libro scritto da Luigi Coppla e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, dal titolo "IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica - Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica".

1. INTRODUZIONE
Gli obiettivi da conseguire nella progettazione di un intervento di manutenzione straordinaria debbono tendere a ripristinare la sicurezza strutturale e la funzionalità dell'opera e/o migliorare o ripristinare l'estetica, perseguendo, inoltre, come ulteriori specifici obiettivi quelli di eliminare le cause responsabili delle carenze strutturali, della perdita di funzionalità o dell'alterazione dell'estetica, eliminare (o mitigare) il dissesto ed interrompere (o rallentare) il degrado,proteggere la struttura per l'intera vita nominale da patologie future. Si intuisce, pertanto, come sia indispensabile, per progettare correttamente un intervento di manutenzione, riconoscere le forme di dissesto/degrado di un'opera e ricercare le cause responsabili di queste patologie. Per poter risalire agevolmente alle cause responsabili del degrado/dissesto sarà necessario procedere ad una raccolta di informazioni di base che verranno completate da quelle desumibili attraverso il sopralluogo in sito al fine di formulare un “sospetto diagnostico", da confermare con un accertamento strumentale mediante prove condotte direttamente sulla struttura o eseguite in laboratorio su reperti. I risultati delle prove sperimentali e quelli acquisiti dal sopralluogo consentiranno di emettere la diagnosi definitiva cui finalmente potrà seguire la definizione delle strategie di intervento, la scelta dei materiali da impiegare, le tecniche di realizzazione da utilizzare finalizzate sia al ripristino della funzionalità dell'opera, all'eliminazione delle carenze strutturali e di risposta all'azione sismica, al miglioramento delle sue qualità estetiche e alla conservazione della struttura nel tempo (Fig.1).

2. PRODOTTI E S SISTEMI PER LA MANUTENZIONE STRAORDINARIA DELLE OPERE IN C.A.
La realizzazione degli interventi di ripristino si basa sull'impiego di materiali “speciali" che debbono essere provvisti, per poter circolare sul territorio dell’Unione Europea, di marcatura CE ottenuta in accordo alle norme europee armonizzate della serie EN 1504.
Le principali categorie di prodotti per il ripristino sono riassunte nel seguito:
- EN 1504-2 - Protettivi superficiali: prodotti applicati sulla superficie del calcestruzzo per migliorare la durabilità dell’elemento strutturale.
- EN 1504-3 - Prodotti a base cementizia per la ricostruzione della sezione e per la rasatura superficiale per il confezionamento in cantiere di malte tissotropiche o colabili per la ricostruzione (mediante riporto centimetrico di materiale) di elementi in calcestruzzo e per rasatura da applicare mediante spatola a spessori di 2-4 mm circa.
- EN 1504-4 - Adesivi strutturali, paste epossidiche applicate a spatola, per incollare lamine pultruse in carbonio o tessuti di acciaio e in materiale composito (carbonio, vetro, aramide, etc.), ad elementi in calcestruzzo che necessitano di miglioramenti dal punto di vista strutturale.
-  EN 1504-5 -Sistemi per iniezioni, a base epossidica (prodotti organici), a bassa viscosità da utilizzare per la sigillatura di fessure.
- EN 1504-6 - Sistemi, in forma di malte colabili, da utilizzare per l'ancoraggio dei tondini di armatura in fori realizzati nella struttura in calcestruzzo o per l'inghisaggio di piastre mediante tirafondi in acciaio a blocchi di fondazione in c.a.
- EN 1504-7 - Prodotti per la protezione dei ferri d’armatura, da applicare sulla superficie dei tondini di armatura al fine di migliorare la resistenza alla corrosione.

3. PRINCIPI GENERALI PER IL RIPRISTINO DELLE OPERE IN C.A.
Ognuna delle categorie di materiali può essere utilizzata per il rispetto dei "Principi (P)" (Fig. 2) indicati dalla norma EN 1504-9:
• proteggere la struttura dall'ingresso delle sostanze aggressive (P1 - PROTECTION INGRESS: PI) ricorrendo all'impiego di protettivi superficiali oltre che ai sistemi che consentono di sigillare eventuali lesioni;
• ridurre il grado di saturazione del calcestruzzo (P2 – MOISTURE CONTROL: MC) al fine di prevenire o mitigare tutti i fenomeni di degrado di tipo chimico/elettrochimico e può essere realizzato mediante rivestimenti superficiali, prodotti idrorepellenti o trattamenti di tipo elettrochimico;
• ricostruire la sezione di elementi in calcestruzzo degradati (P3 - CONCRETE REPAIR: CR) mediante il ricorso a conglomerati cementizi a ritiro compensato capaci di evitare la fessurazione e il distacco delle sezioni ricostruite da quella originaria;
• incrementare le caratteristiche di portanza o di rigidezza di una struttura in c.a.(P4 – STRUCTURAL STRENGTHENING: SS) mediante gli stessi materiali di cui al punto precedente e/o facendo ricorso all'integrazione di armature, all'impiego di materiali compositi incollati mediante adesivi di tipo strutturale, alla sigillatura delle lesioni mediante iniezione;
• aumentare la resistenza alle azioni di tipo fisico (P5 – PHYSICAL RESISTANCE: PR)attraverso l'applicazione di rivestimenti protettivi resistenti all'abrasione;
• aumentare la resistenza chimica (P6 – RESISTANCE to CHEMICALS : RC) ricorrendo prevalentemente all'utilizzo di rivestimenti protettivi capaci di resistere all'azione aggressiva di sostanze chimiche di provenienza industriale;
• preservare o ripristinare la passività delle barre di armatura (P7 – PRESERVING or RESTORING PASSIVITY:PRP) mediante la ricostruzione della sezione in calcestruzzo carbonatata o inquinata dal cloruro, o ricorrendo alla rialcalinizzazione elettrochimica o alla rimozione del cloruro dalla matrice cementizia che circonda i ferri;
• incrementare la resistività elettrica del calcestruzzo (P8 – INCREASE RESISTIVITY: IR) attraverso una riduzione del grado di saturazione della struttura da attuarsi mediante protezioni superficiali (coating);
• garantire un controllo catodico del processo di corrosione (P9 – CATHODIC CONTROL: CC) mediante rivestimenti che limitano l'accesso di ossigeno nelle zone catodiche;
• interrompere o prevenire la corrosione dell'armatura mediante protezione catodica (P10 – CATHODIC PROTECTION: CP) mediante il Sistema a Corrente Impressa o ad Anodo Sacrificale.
• prevenire la corrosione mediante controllo delle aree anodiche (P11 – CONTROL of ANODIC area: CA) con sistemi di protezione da applicarsi sulla superficie dei tondini o mediante inibitori di corrosione.

4. GLI INTERVENTI DI RIPRISTINO E CONSERVAZIONE DELLE OPERE IN C.A.
I principi che possono essere utilizzati in un intervento di ripristino sono molteplici. Tuttavia, le tecniche di intervento più utilizzate negli interventi di riparazione di opere in calcestruzzo ammalorate/dissestate prevedono (Fig. 3): la ricostruzione della sezione originaria,il rinforzo strutturale mediante l'utilizzo di materiali compositi in forma di lamine, barre o tessuti in FRP (Fiber Reinforced Polymer) o in forma di tessuti in acciaio inglobati in malte di cemento,la sigillatura di strutture in calcestruzzo fessurate, la protezione e la decorazione superficiale degli elementi finalizzata a compensare il copriferro originario di ridotto spessore, la pulitura delle superfici in calcestruzzo facciavista. Meno ricorrenti sono le tecniche che prevedono l'utilizzo di inibitori di corrosione "migranti" applicati sulla superficie del calcestruzzo, la protezione catodica e la rialcalinizzazione elettrochimica.
Interventi di ricostruzione
Gli interventi di ricostruzione che riguardano gli elementi in c.a. sono riconducibili a tre diverse tipologie:

  • Interventi corticali: interessano l'elemento per uno spessore generalmente pari al copriferro (qualche cm) e sono di tipo non strutturale in quanto la porzione di sezione ricostruita, dopo l'intervento, non partecipa alla statica.
  • Interventi di ricostruzione parziale o totale della sezione originaria: coinvolgono l'elemento strutturale per spessori maggiori del copriferro e interessano parzialmente il nucleo originario della struttura. Generalmente, la porzione della sezione ricostruita contribuirà, unitamente a quella originaria non degradata, alla statica dell'elemento strutturale (si tratta, quindi, di interventi strutturali).
  • Interventi di adeguamento strutturale o antisismico con incremento della sezione originaria ("ringrosso"): si realizzano allorquando occorre incrementare la capacità portante di un elemento strutturale o si necessita di modificarne la rigidezza. Questi interventi sono di tipo strutturale.

Rafforzamento strutturale e adeguamento sismico mediante lamine in materiali composito o tessuti in acciaio/FRP
L'adeguamento strutturale di elementi in c.a. può richiedere una integrazione di armatura come conseguenza di una perdita di sezione dei tondini esistenti per effetto della corrosione o per intervenute variazioni dei carichi accidentali imposti dall'evoluzione dei codici di calcolo. Carenze di armature a taglio in forma di staffe possono essere eliminate mediante l'utilizzo di tessuti in fibra di carbonio o in acciaio incollati al substrato in calcestruzzo mediante sistemi epossidici o malte cementizie. Questa stessa tecnica viene impiegata per incrementare la capacità portante di strutture verticali o per migliorare la duttilità dei nodi trave-pilastro nell'ambito degli interventi di adeguamento sismico. Reti in fibre di vetro o di natura organica annegate in matrici inorganiche (malte a base di leganti idraulici), inoltre, possono essere impiegate negli interventi finalizzati ad impedire il ribaltamento fuori piano dei pannelli di tamponamento a seguito dell'azione sismica. Allo stesso modo si può estendere questa ultima tecnica al rifacimento dell'intradosso di solai in latero-cemento che presentano travetti corrosi e parziale crollo degli elementi in laterizio (pignatte).

Sigillatura delle lesioni
La sigillatura di lesioni viene effettuata con l’obiettivo di ripristinare la monoliticità della sezione di una struttura quando ci si trova di fronte a fessure di origine strutturale verificatesi a causa del superamento della resistenza a trazione del calcestruzzo per carenza di geometria e/o per deficit d’armatura. Il consolidamento di una sezione fessurata avviene in due stadi distinti: è necessario, infatti, procedere prima alla stuccatura della lesione e successivamente alla sua iniezione. I prodotti da stuccatura e da iniezione sono indicati dalla norma come prodotti di tipo F (F: Force Transmitting) capaci di garantire la trasmissione degli sforzi nella sezione fessurata. I prodotti da iniezione sono costituiti da sistemi epossidici. Infatti, poiché l'iniezione avviene in una sezione ove si è avuto un superamento della resistenza a trazione del calcestruzzo, la stessa deve essere effettuata con materiali che posseggano resistenza a trazione maggiore di quelle di un materiale cementizio.

Protezione e/o decorazione della superficie degli elementi in c.a.
I rivestimenti filmogeni sono sistemi protettivi che formano sulla superficie del calcestruzzo una pellicola, un film continuo. Questi sistemi vengono utilizzati allo scopo di risolvere uno degli annosi problemi, che sovente bisogna affrontare quando si prevede di intervenire su una struttura esistente, rappresentato dall’esiguo spessore del copriferro. I rivestimenti protettivi filmogeni hanno l’obiettivo di impedire o ritardare la diffusione delle sostanze ritenute aggressive per il calcestruzzo e per i ferri d’armatura, con particolare riferimento all’anidride carbonica (CO2) oppure ai cloruri per quelle strutture che sono a contatto con sali disgelanti o acqua marina. I rivestimenti filmogeni a base di resine acriliche vengono anche usati per migliorare l’estetica delle strutture. Questi sistemi, infatti, sono colorati e abbinano alla funzione protettiva anche quella decorativa. Oltre ai rivestimenti in dispersione acrilica esistono anche dei protettivi polimero-cemento applicati in spessori di circa 2- 3 mm e, pertanto, assimilabili a delle rasature. Più precisamente sono delle rasature speciali, che hanno anche una funzione protettiva nei confronti degli agenti aggressivi ed, in particolare, nei confronti dell’acqua e dei cloruri in essa disciolti.

Pulitura delle superfici
Gli interventi di pulitura sono quelli effettuati allo scopo di rimuovere dalla superficie delle strutture in calcestruzzo facciavista patine e depositi costituite da particolato atmosferico, da colonizzazioni di tipo biologico, da depositi efflorescenti,croste nere, pellicole, sostanze protettive applicate in precedenti lavori di manutenzione o da macchie di natura congenita quali, ad esempio, quelle attribuibili ad erronee applicazioni dell'additivo disarmante. La superficie dopo la pulizia può essere (o meno) trattata con protettivi che non alterano la tessitura e il colore delle opere in calcestruzzo facciavista. Negli interventi di pulitura è sempre consigliabile,procedere preventivamente all’esecuzione di prove campione su alcune porzioni delle superfici, allo scopo di verificare l’effettiva corrispondenza tra i risultati attesi e le reali possibilità di ottenerli.