Un innovativo sistema anti-sfondellamento per solai in c.a. gettati in opera: validazione sperimentale e caso studio applicativo

SOMMARIO
In numerosi edifici scolastici, negli ultimi anni, sono avvenuti casi di caduta parziale di materiali, quali intonaco, pignatte e controsoffitti, dall'intradosso dei solai in latero-cemento gettati in opera, fenomeno comunemente denominato come "sfondellamento". Le cause che generano tale fenomeno possono essere di vario tipo: cattiva manutenzione della struttura, eccessiva deformazione dei solai, applicazione di controsoffitti e impianti con elevato peso, difetti di costruzione o utilizzo di materiali non idonei o di scarsa qualità, variazioni termiche nel tempo, infiltrazioni d'acqua ed umidità. La frequenza crescente dei fenomeni di caduta parziale di materiali in edifici pubblici e privati, specie in quelli costruiti in epoca meno recente, rende di grande attualità la ricerca e lo sviluppo di metodologie e tecniche di rinforzo e protezione in grado di contrastare gli effetti di tale fenomeno. Nella presente memoria si riportano i risultati di una campagna sperimentale specificatamente condotta al fine di valutare l’efficacia di una tecnica innovativa anti-sfondellamento con utilizzo di una rete in fibra di vetro apprettata (GFRP) posta in opera all'intradosso del solaio mediante un adesivo monocomponente all'acqua a base di dispersione poliuretanica. Il sistema proposto si caratterizza anche per la rapidità della posa in opera in quanto è in grado di aderire perfettamente anche ai supporti intonacati, previa semplice carteggiatura della pittura originaria. La rapidità dell’applicazione si somma ai vantaggi della rapidità per la completa polimerizzazione dell’adesivo dopo 24 ore e delle bassissime emissioni di sostanze organiche volatili (VOC) e ciò permette il riutilizzo in sicurezza dei locali in tempi ridottissimi. In particolare, nella memoria si presentano e discutono i risultati sperimentali ottenuti su una fascia di solaio in latero-cemento in scala reale testata a flessione con l’adozione del sistema di rinforzo proposto, soffermandosi successivamente sull’esame delle fasi di installazione dello stesso relativamente ad un caso studio reale.

KEYWORDS
Rete in fibra di vetro apprettata (GFRP), Solaio in laterocemento gettato in opera, Sistema innovativo anti-sfondellamento, Test sperimentale in scala reale.

1. Introduzione
Il 7 Agosto 2015 sono stati presentati dal Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca i dati che emergono dall’Anagrafe dell’Edilizia Scolastica, ottenuti attraverso la trasmissione da parte delle Regioni delle informazioni relative allo stato di “salute” delle scuole. Dall’analisi di tali dati è emerso che su 42.292 edifici censiti, di cui 33.825 risultati attivi, il 55% è stato costruito prima del 1976, il 50% prima del 1971, anno di entrata in vigore dell’obbligo di certificazione del collaudo statico (Fonte: sito Miur nella sezione Edilizia Scolastica). E’ evidente che, specie per gli edifici più datati, alle problematiche relative alla progettazione ed esecuzione con metodologie e tecniche obsolete rispetto a quelle attuali, si affiancano quelle inerenti i fenomeni di degrado dei materiali semplicemente connessi alla vetustà del manufatto.
In mancanza di una costante ed attenta manutenzione ordinaria diverse problematiche stanno emergendo con sempre maggior vigore con riferimento ai componenti strutturali e non strutturali delle strutture in c.a. Disgregazione del calcestruzzo, carbonatazione, corrosione delle armature, infiltrazioni d’acqua, sono solo alcune delle cause che possono incidere sul decadimento delle prestazioni di componenti strutturali e non di edifici esistenti. Con particolare riferimento ai componenti non strutturali, risulta oggi sempre più attuale la problematica relativa alla caduta di materiali, es. intonaco e pignatte, dai soffitti ("sfondellamento") di solai in c.a. (Figura 1).
Il fenomeno di “sfondellamento” di solai latero-cementizi gettati in opera comporta la caduta di porzioni significative di intonaco e di laterizio dall'intradosso del solaio, con conseguente pericolo di incolumità per gli utenti dei locali sottostanti.

Figura 1 - Fenomeno di "sfondellamento" di solaio in latero-cemento gettato in opera.

Numerosi casi di crolli e incidenti all'interno delle strutture scolastiche sono, purtroppo, emersi negli ultimi anni in diverse regioni italiane. A fronte di tali eventi, il D.M. n. 594 del 24 Settembre 2015 ha previsto lo stanziamento di 40 milioni di euro per indagini diagnostiche mirate alla valutazione dello stato di salute dei solai di edifici scolastici al fine di prevenire fenomeni di caduta di intonaco e cedimenti di controsoffitti.
L'attenzione sulla problematica della manutenzione dei solai e sui fenomeni di degrado che possono indurre a problematiche di “sfondellamento” è stata posta in essere in primo luogo nella relazione generale al congresso RILEM sui laterizi, tenutosi a Milano nel 1962, in cui si evidenziò la complessità del fenomeno; di lì a poco l'interesse divenne sempre più evidente e diversi studi sperimentali vennero effettuati per approfondire e valutare il comportamento di laterizi all'interno di solai in c.a. (Bosco Crescentini (1980), Cantoni e Finzi (1983)).
Le cause che comportano lo “sfondellamento” di un solaio possono essere di varia natura: cattiva manutenzione della struttura; eccessiva deformazione dei solai che produce azioni di compressione e taglio nei laterizi con conseguente espulsione del fondello delle pignatte per superamento della resistenza; applicazione eccessiva di carichi soprattutto per lunghi periodi; applicazione di controsoffitti e impianti con elevato peso; errata costruzione (es. mancanza di travetti rompitratta o di rete elettrosaldata nella soletta o di fascia piena in prossimità dei vincoli, cattivo riempimento del travetto e conseguente mancanza di copriferro) o utilizzo di materiali non idonei o di scarsa qualità (intonaco o laterizio); variazioni termiche nel tempo (eccessivo ritiro del calcestruzzo o dell'intonaco, oppure effetti di un incendio); infiltrazioni d'acqua e umidità che comportano la corrosione delle barre di armatura posti all'interno dei travetti, con conseguenti spinte sui laterizi adiacenti (Catania (2014), Gennari (2016)).
Diversi sono i sistemi utilizzati per evitare tale fenomeno. In numerosi edifici pubblici e privati, principalmente scuole e aziende, è stato recentemente utilizzato un sistema anti-sfondellamento consistente in un controsoffitto costituito da profilati metallici, ancorati al solaio attraverso connessioni meccaniche, e lastre in gesso fibrorinforzate.
La comunità scientifica e le industrie del settore stanno oggi con sempre maggior interesse valutando la possibilità di adottare sistemi anti-sfondellamento basati sull’utilizzo di sistemi in composito. L’elevata leggerezza, resistenza specifica e resistenza alla corrosione rendono i sistemi in composito un‘alternativa particolarmente valida all’utilizzo di sistemi in acciaio. In particolare, recentemente sono stati adottati anche sistemi basati sull’utilizzo di reti pultruse fissate al soffitto mediante ancoraggi meccanici.
Sistemi in composito costituiti da maglie pultruse a passo fisso e rigide, risultano, tuttavia, non adattabili alle eventuali deformate del solaio, e, inoltre, non applicabili per porzioni limitate di soffitti soggetti a fenomeni di “sfondellamento”. In tali casi può essere necessario orientare l’applicazione verso sistemi flessibili ed applicabili anche con variazioni di spessore indotto praticamente trascurabili. Nella presente memoria ci si pone l’obiettivo di analizzare l’applicabilità e l’efficacia di un sistema innovativo anti-sfondellamento costituito da una rete flessibile in fibra di vetro a maglia apprettata fitta da installare all’intradosso del solaio tramite un adesivo monocomponente all’acqua a base di dispersione poliuretanica, senza l’ausilio di ancoraggi meccanici, in grado di aderire perfettamente anche ai supporti intonacati. L’efficacia della soluzione proposta è stata analizzata mediante un’opportuna sperimentazione eseguita su un provino in scala reale rappresentativo di una porzione di solaio. Si riportano, di seguito, i dettagli della campagna sperimentale e del setup di prova utilizzato, la descrizione del sistema di rinforzo e l’analisi dei risultati sperimentali. La validazione sperimentale dell’efficacia del sistema di rinforzo è stato il presupposto per l’adozione dello stesso in un caso reale rappresentato da un edificio pubblico in cui sono emersi in maniera diffusa fenomeni di “sfondellamento” dei solai latero-cementizi con conseguente caduta di porzioni significative di intonaco e di laterizio dall’intradosso del solaio.

2. Progettazione della campagna sperimentale

La campagna sperimentale condotta dal Dipartimento di Strutture per l'Ingegneria e l'Architettura dell'Università "Federico II°" di Napoli ha previsto la realizzazione di un solaio latero-cementizio per civile abitazione, rappresentativo di un solaio esistente degli anni '60 - '70, dimensionato secondo un approccio alle tensioni ammissibili.
Il solaio è composto da una sola campata con luce tra gli appoggi di 5,00 m e presenta un'altezza complessiva di 20 cm, pari a 1/25 della luce, realizzato con pignatte di dimensioni 40x25x18 cm disposte ad interasse di 50 cm e 5 travetti di 10 cm per una larghezza complessiva di 2,10 m, ed una soletta di 2 cm di spessore senza armatura di ripartizione (Figura 2).
Il solaio è stato progettato secondo un progetto simulato alle tensioni ammissibili, considerando uno schema statico di trave appoggiata-appoggiata. Per la realizzazione del solaio si è adottato un calcestruzzo con resistenza cubica a compressione media, R_cm=15 MPa, e in ciascun travetto sono stati inserite due barre in acciaio liscio, 1Ø12 + 1Ø10 (f_ym=375 MPa).
Il valore di resistenza del calcestruzzo è stato successivamente verificato mediante prove di compressione su campioni cilindrici, realizzati durante le fasi di getto. Dalle prove effettuate dopo 28 giorni di stagionatura dei campioni è risultato un valore medio di resistenza cilindrica a compressione pari a f_cm = 13 MPa. Sono state poi effettuate anche prove di caratterizzazione a trazione delle barre di armatura verificando i valori di snervamento assunti in fase di progetto.

Figura 2 - Fase realizzativa solaio.

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