Miglioramento sismico: Incamiciatura in calcestruzzo fibro-rinforzato ad elevate prestazioni

RINFORZO DI NODI TRAVE-PILASTRO D’ANGOLO CON INCAMICIATURA IN CALCESTRUZZO FIBRO-RINFORZATO AD ELEVATE PRESTAZIONI

I terremoti (Abruzzo 2009 ed Emilia Romagna 2012) hanno drammaticamente dimostrato come in Italia una vasta parte degli edifici in c.a., progettati per soli carichi gravitazionali, non sia stata in grado di sostenere le azioni sismiche, principalmente a causa di carenze strutturali, quali proprietà scadenti dei materiali, solitamente calcestruzzi con basse resistenze; assenza di qualsiasi principio di Gerarchia delle Resistenze; scarso confinamento nelle zone di potenziale formazione delle cerniere plastiche, tipicamente assenza di armatura trasversale nei nodi; dettagli inadeguati delle armature, come ancoraggi insufficienti, uso di barre lisce con ancoraggi d’estremità a uncino.

Dall’osservazione degli effetti dei terremoti del passato, è comunemente riconosciuto che i nodi trave-pilastro rappresentano una regione estremamente critica in strutture soggette a carichi sismici di elevata intensità.
Il comportamento dei nodi influenza la risposta dell’intero sistema strutturale sia in termini di resistenza sia in termini di deformabilità. Tra i meccanismi di collasso si annoverano a livello globale l’esistenza di sistemi a travi/forti-pilastri/deboli, mentre a livello locale si può avere la formazione di meccanismi di collasso fragili legati a un’inadeguata protezione del pannello nodale, ed in particolare del pannello d’angolo.

Il rinforzo e la valutazione della risposta sismica di strutture esistenti in c.a., progettate prima dell’introduzione di adeguate normative, sono quindi divenuti argomenti di grande attualità in Italia.
Negli ultimi decenni differenti tecniche sono state proposte per l’adeguamento sismico di strutture esistenti in c.a. [01, 02, 03].
Relativamente al rinforzo dei pilastri, è possibile adottare incamiciature in c.a. che tuttavia presentano l’inconveniente di essere caratterizzate da spessori superiori a 70-100 mm, dal momento che lo spessore della camicia è governato dal copriferro, con conseguente aumento delle dimensioni delle sezioni e quindi della massa e della rigidezza degli elementi, che richiede particolare attenzione con riferimento alla risposta sismica dell’intero sistema strutturale.

Una seconda tipologia è quella che utilizza placcaggi metallici, con una riduzione notevole dei tempi di intervento, ma inconvenienti quali il problema della resistenza al fuoco, della corrosione e non ultimo dell’impatto estetico.
Un’altra tecnica di rinforzo prevede l’uso di fasciature in FRP, offrendo numerosi vantaggi, legati all’elevato rapporto resistenza-peso del materiale, alla resistenza alla corrosione e all’applicazione relativamente semplice e veloce. Tuttavia, fasciature in FRP risultano utili per aumentare la duttilità, ma non del tutto idonee quando sia richiesto un significativo incremento della resistenza degli elementi.

Una soluzione alternativa riguarda l’adozione di incamiciature in calcestruzzo fibro-rinforzato ad elevate prestazioni (HPFRC) [04, 05]. Questa tecnica si è dimostrata efficace per il rinforzo di pilastri esistenti in c.a. e nodi trave-pilastro interni [06].

La soluzione proposta consiste nel getto attorno all’elemento strutturale di una camicia in HPFRC di spessore contenuto entro i 30-40 mm. Il materiale utilizzato è caratterizzato da comportamento debolmente incrudente a trazione accoppiato ad un’elevata resistenza a compressione e grande capacità deformativa se confrontato con i tradizionali calcestruzzi fibro rinforzati.

Inoltre, le tecnica di rinforzo proposta si basa sull’adozione di un materiale più simile al calcestruzzo di base rispetto a qualsiasi altra soluzione precedentemente citata, risolvendo il problema della compatibilità tra materiali diversi.
La presente memoria riporta i risultati di prove cicliche su quattro campioni di nodi trave-pilastro d’angolo in scala reale (due non rinforzati e due rinforzati con incamiciatura in HPFRC).

2. PROVE SPERIMENTALI

2.1. GEOMETRIA DEI CAMPIONI e CARATTERISTICHE DEI MATERIALI

2.1.1. Campioni non rinforzati

I campioni non rinforzati (CJ1 e CJ2) sono rappresentativi del nodo d’angolo del primo livello di una struttura in c.a. di quattro piani progettata secondo le prescrizioni fornite dalle normative nazionali in vigore prima degli anni ’70 [07] e suggerite dalla manualistica dell’epoca [08].

I dettagli costruttivi degli elementi sono stati definiti sulla base di un progetto simulato, considerando l’edificio sottoposto ai soli carichi verticali: pilastri soggetti a carico assiale centrato e travi progettate secondo lo schema di trave continua su più appoggi, con armature di congruenza alle estremità.

Le travi sono caratterizzate da sezione 30 x 50 cm, armatura longitudinale realizzata con barre lisce dotate di ancoraggi terminali ad uncino e staffe Ø8 a passo 200 mm.

Il pilastro, di sezione 30 x 30 cm, è armato con quattro barre longitudinali Ø16 con ancoraggio a uncino e staffe Ø6 a passo 150 mm. All’interno del nodo non è stata disposta armatura trasversale in accordo con la pratica costruttiva degli anni ’70.

Le caratteristiche geometriche e i dettagli delle armature sono mostrati in Figura 1.

Per quanto riguarda i materiali utilizzati, il calcestruzzo è caratterizzato da una resistenza media a compressione pari a 38.7 MPa, mentre le caratteristiche dell’acciaio delle barre d’armatura sono riassunte in Tabella 1.

2.1.2. Campioni rinforzati

La soluzione proposta per il rinforzo consiste nell’applicazione di una camicia in HPFRC a campioni che presentano le stesse caratteristiche geometriche e gli stessi dettagli d’armatura dei campioni non rinforzati (Fig.1).

Dopo il getto e un periodo di maturazione di un mese, la superficie dei campioni è stata sottoposta a sabbiatura, al fine di ottenere una rugosità pari a 2÷3 mm, sufficiente per garantire l’aderenza tra il calcestruzzo di base e il calcestruzzo della camicia [04] (Fig.2).
Al pilastro è stata quindi applicata una camicia in HPFRC di 40 mm di spessore, mentre per le travi è stata adottata un’incamiciatura a U di spessore pari a 30 mm.
Le caratteristiche meccaniche dell’acciaio d’armatura sono le stesse dei campioni CJ1 e CJ2, mentre il calcestruzzo di base è caratterizzato da una resistenza media a compressione pari a 27 MPa. Le caratteristiche dell’HPFRC sono invece mostrate in Tabella 2.
I campioni rinforzati saranno identificati in seguito con le sigle RCJ1 e RCJ2.

Nell'articolo completo:
2.2. TEST SET-UP
2.3. RISULTATI SPERIMENTALI
2.3.1. Campioni non rinforzati (CJ1 e CJ2)
2.3.2. Campioni rinforzati (RCJ1 e RCJ2)
3. CONFRONTI
4. CONCLUSIONI
5. BIBLIOGRAFIA

Memoria tratta dagli atti del XIX° Convegno C.T.E. tenutosi a Bologna nel novembre 2012