Pilastri e travi in c.a. senza confinamento: come consolidare elementi degradati e gestire in sicurezza la rimozione del copriferro

Il sistema di consolidamento mediante cuciture attive con nastri in acciaio pretensionati rappresenta una tecnica di confinamento attivo per elementi in cemento armato degradati privi di armatura trasversale efficace. Il contributo analizza due casi reali evidenziando una criticità spesso sottovalutata: la perdita di stabilità durante le lavorazioni, in particolare nella rimozione del copriferro. L’utilizzo di nastri in acciaio pretensionati consente sia la messa in sicurezza provvisionale sia il rinforzo definitivo, incrementando capacità portante e duttilità. La tecnologia si dimostra particolarmente efficace in contesti complessi, con interferenze impiantistiche e vincoli operativi tipici degli edifici esistenti.

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Il problema delle strutture in cemento armato degli anni ’60–’80

Molte strutture in cemento armato realizzate tra gli anni ’60 e ’80 presentano caratteristiche costruttive che oggi risultano particolarmente vulnerabili dal punto di vista strutturale.

Tra le criticità più frequenti si riscontrano:

• passo delle staffe elevato;
• pilastri senza staffe perché degradate o inesistenti
• dettagli costruttivi non adeguati alle azioni sismiche
• degrado del copriferro e corrosione delle armature
• perdita di confinamento del calcestruzzo.

Pilastri e travi in c.a. senza staffe: rischi strutturali e perdita di confinamento

Quando l’armatura trasversale non svolge più efficacemente la propria funzione, il comportamento degli elementi strutturali può diventare fragile, con rischio di instabilità delle barre longitudinali e riduzione significativa della capacità resistente.

Un pilastro o una trave in cemento armato privo di armatura trasversale (staffe) non è in grado di garantire il confinamento del calcestruzzo, risultando particolarmente vulnerabile a fenomeni di instabilità delle barre longitudinali e a meccanismi di rottura fragile.

Confinamento del calcestruzzo: ruolo delle staffe e conseguenze della loro inefficacia

Il confinamento consiste nell’azione di contenimento laterale del calcestruzzo esercitata dalle armature trasversali o da sistemi esterni, che ne incrementa la resistenza e la duttilità. In assenza di tale azione, l’elemento strutturale può manifestare comportamenti instabili già durante le fasi di lavorazione, soprattutto in presenza di carichi assiali elevati.

Caso studio: Chiesa di Pachino – vulnerabilità strutturale e analisi del rischio sismico

La Chiesa di San Giuseppe a Pachino rappresenta un caso emblematico di vulnerabilità delle strutture in cemento armato realizzate negli anni ’70.

 

A causa del grave stato di degrado strutturale, l’edificio era stato dichiarato inagibile e chiuso al culto, rendendo necessario un intervento di messa in sicurezza e consolidamento.

Esito delle indagini e stato di degrado

Le indagini hanno evidenziato:

• degrado diffuso del copriferro
• corrosione delle armature
• inefficacia dell’armatura trasversale nelle travi della copertura.

In queste condizioni la perdita di confinamento del calcestruzzo può determinare comportamenti fragili degli elementi strutturali.

Progettazione degli interventi con sistema a Cuciture Attive: criteri, configurazioni e tavole esecutive

Le tavole esecutive dell'intervento di rinforzo della Chiesa di San Giuseppe a Pachino

Le tavole esecutive riportate si riferiscono al caso specifico della Chiesa di San Giuseppe a Pachino e rappresentano uno strumento fondamentale per la corretta applicazione del sistema CAM® (Cuciture Attive dei Manufatti)  in fase di cantiere.

È importante evidenziare che l’intervento non è univoco, ma viene differenziato in funzione del comportamento strutturale dell’elemento e del meccanismo resistente che si intende migliorare.

E' possibile visionare tutte le tavole scaricando l'articolo integrale in pdf in fondo all'articolo

In particolare, nelle tavole sono rappresentate diverse configurazioni di intervento, tra cui:

• interventi a taglio e confinamento, finalizzati a incrementare la capacità resistente e la duttilità dell’elemento;
• interventi a flessione per momento negativo, tipicamente in corrispondenza degli appoggi;
• interventi a flessione in campata, per il miglioramento della risposta nelle zone maggiormente sollecitate a momento positivo.

Tale differenziazione consente di adattare il sistema CAM® alle specifiche condizioni di sollecitazione e geometria degli elementi strutturali, garantendo un approccio mirato e non standardizzato.

Nel caso in esame, le tavole assumono inoltre un ruolo operativo essenziale, in quanto permettono di:

• tradurre le scelte progettuali in indicazioni esecutive chiare e cantierabili;
• gestire le interferenze con elementi esistenti;
• supportare la Direzione Lavori nelle scelte in corso d’opera;
• assicurare la coerenza tra progetto e realizzazione.

In questo sistema, l’efficacia dell’intervento non dipende solo dal materiale utilizzato, ma dalla corretta interpretazione del comportamento strutturale e dalla conseguente configurazione esecutiva riportata nelle tavole.

Il caso delle travi inclinate della copertura

Travi inclinate in c.a.: comportamento strutturale in presenza di pressoflessione e carenze di staffe

La copertura della chiesa è caratterizzata da travi radiali inclinate convergenti verso un nodo centrale.

Questi elementi presentano:

• lunghezza significativa
• configurazione inclinata
• presenza di sforzi normali di compressione rilevanti.

La combinazione di flessione, taglio e sforzo normale rende il comportamento di tali travi particolarmente sensibile alla perdita di confinamento.

Quando le staffe risultano degradate o inefficaci, la riduzione del confinamento può favorire fenomeni di instabilità delle armature longitudinali.

Si osservano residui di staffe a taglio, in diversi casi già interrotte per effetto del degrado. Durante la rimozione del copriferro ammalorato, le staffe, fortemente ossidate, si rompono completamente, con conseguente perdita del confinamento e riduzione della capacità resistente dell’elemento.

Rimozione del copriferro degradato: la fase più critica per la sicurezza del cantiere

Negli interventi su strutture fortemente degradate, la fase più delicata è spesso quella della rimozione del copriferro deteriorato.
In assenza di staffe efficaci, l’eliminazione del copriferro può comportare:

• perdita totale del confinamento
• instabilità delle barre longitudinali
• possibile rottura fragile dell’elemento strutturale.

In queste condizioni l’elemento può comportarsi come una bacchetta di vetro fortemente caricata.
Per questo motivo la rimozione delle parti degradate è stata eseguita esclusivamente con attrezzature manuali, evitando vibrazioni e colpi impulsivi che avrebbero potuto compromettere la stabilità del pilastro, previa applicazione nastri CAM® provvisionali per:

• impedire lo sbandamento delle barre longitudinali
• stabilizzare le travi puntoni durante le lavorazioni
• consentire la rimozione controllata delle parti degradate.

Un tempo le strutture venivano comprese e risolte con il solo supporto del regolo; oggi vengono analizzate con modelli numerici complessi. Ma tra passato e presente resta immutato un principio fondamentale: la sicurezza nasce dalla capacità di leggere il comportamento reale delle strutture e di intervenire in modo coerente. In questo percorso, il sistema di consolidamento utilizzato rappresenta non solo una tecnica di rinforzo, ma uno strumento attraverso cui l’ingegneria torna ad essere, prima di tutto, comprensione e controllo.

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FAQ TECNICHE

Quando un pilastro senza staffe diventa pericoloso?

Un pilastro privo di armatura trasversale perde il confinamento del calcestruzzo e diventa vulnerabile a fenomeni di instabilità delle barre longitudinali. Questo può determinare rotture fragili anche in condizioni di carico ordinario. La pericolosità aumenta in presenza di pressoflessione e degrado del copriferro. È quindi fondamentale verificare la presenza e l’efficacia delle staffe nelle strutture esistenti, soprattutto negli edifici realizzati prima delle normative sismiche moderne.

Qual è il ruolo del confinamento nel cemento armato?

Il confinamento è l’azione esercitata dalle armature trasversali che limita l’espansione laterale del calcestruzzo. Questo effetto aumenta resistenza e duttilità. In assenza di confinamento, il calcestruzzo si fessura precocemente e le barre longitudinali possono instabilizzarsi. Il confinamento è quindi essenziale per garantire un comportamento duttile e sicuro dell’elemento strutturale.

Perché la rimozione del copriferro è una fase critica?

Durante la rimozione del copriferro degradato si elimina anche l’ultimo contributo di confinamento residuo. Se le staffe sono assenti o deteriorate, l’elemento può perdere stabilità improvvisamente. Per questo motivo è necessario adottare tecniche manuali e sistemi di confinamento provvisionale per evitare rotture fragili.

Quando conviene utilizzare il sistema CAM®?

Il sistema CAM® è particolarmente indicato quando:

• le armature sono irregolari
• non è possibile effettuare perforazioni
• sono presenti interferenze impiantistiche
• si richiede un intervento non invasivo

In questi casi offre elevata adattabilità e consente di operare anche in edifici in esercizio.