Rinforzi in HPFRC di pilastri in c.a. con il software Structure.4R di General Admixtures

L’evoluzione delle tecniche di rinforzo strutturale nel costruito esistente sta portando sempre più spesso all’impiego di materiali innovativi ad alte prestazioni, capaci di coniugare efficacia, rapidità esecutiva e ridotto impatto sull’opera originale. In questo contesto, i micro-calcestruzzi fibrorinforzati HPFRC rappresentano una soluzione particolarmente interessante per gli interventi di consolidamento di pilastri e travi in calcestruzzo armato mediante incamiciatura a basso spessore.
L’articolo approfondisce le potenzialità di questa tecnologia attraverso l’analisi delle soluzioni sviluppate da General Admixtures SpA, con particolare riferimento al prodotto COMPOSITE M130 e al software STRUCTURE.4R, strumento dedicato alla verifica e al dimensionamento di sezioni rinforzate con HPFRC. Attraverso un caso studio applicativo vengono illustrate metodologie di calcolo, criteri normativi e vantaggi operativi di una tecnica sempre più centrale nel panorama del rinforzo strutturale antisismico.

La tecnica dell'incamiciatura di elementi in c.a.

Nota anche con il termine “ringrosso” o con il termine inglese “jacketing”, la tecnica dell’incamiciatura di travi e pilastri rientra tra gli interventi di consolidamento previsti dalla Circolare Applicativa (n.7 del 21/01/2019) delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC2018).

Tale intervento, inizialmente concepito per essere realizzato mediante getti di calcestruzzo entro cassero con armature longitudinali e staffe (Figura 1), nel tempo si è evoluto, dapprima con l’avvento dei betoncini premiscelati ed in seguito con i micro-calcestruzzi fibrorinforzati ad alte prestazioni (HPFRC – High Performance Fiber Reinforced Concrete).

Nella fattispecie, l’utilizzo di betoncini premiscelati permette di operare con aggregati di diametro ridotto e di semplificare l’organizzazione del cantiere e le fasi di posa in opera. Con la successiva introduzione degli HPFRC, è divenuto possibile realizzare camicie di rinforzo di spessore molto più contenuto, riducendo (o talvolta eliminando) le armature tradizionali, grazie alle fibre contenute all’interno del micro-calcestruzzo, che agiscono, di fatto, come una “armatura diffusa tridimensionale”.

Betoncini premiscelati e HPFRC rappresentano l’innovazione delle tecniche di incamiciatura in calcestruzzo. Consulta l'approfondimento dedicato.

Gli HPFRC negli interventi di rinforzo strutturale

In accordo con le NTC2018, paragrafo §11.2.12, i riferimenti per la progettazione, messa in opera e controllo di un calcestruzzo fibrorinforzato sono quelli pubblicati dal Servizio Tecnico Centrale (STC) del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (CSLLPP), ed in particolare le due seguenti linee guida (LLGG):

• Linea guida per l’identificazione, la qualificazione, la certificazione di valutazione tecnica ed il controllo di accettazione dei calcestruzzi fibrorinforzati FRC (Fiber Reinforced Concrete). Novembre 2021;
• Linee guida per la progettazione, messa in opera, controllo e collaudo di elementi strutturali in calcestruzzo fibrorinforzato con fibre di acciaio o polimeriche. Maggio 2022

Caratterizzazione di un calcestruzzo fibrorinforzato

In accordo con le LLGG di Novembre 2021, l’identificazione (e di conseguenza la prescrizione progettuale di un calcestruzzo fibrorinforzato) avviene in maniera analoga a quella di un calcestruzzo ordinario, specificando:

• Classe di Resistenza a Compressione (es: “Classe C90/105”);
• Classe di Esposizione (es: “Classe XC4”);
• Classe di Consistenza (es: Classe “S5”);
• Diametro massimo dell’aggregato (es: “Dmax < 2 mm”)

In aggiunta, devono essere specificati:

• Materiale e Caratteristiche geometriche delle fibre;
• Classe di Resistenza Residua a Trazione

Di queste due ultime proprietà, specifiche per i calcestruzzi fibrorinforzati, quella più meritevole di approfondimento è certamente la Classe di Resistenza Residua a Trazione. Questo parametro, espresso attraverso un codice alfanumerico (esempio: “Classe 8b”), quantifica la resistenza a trazione del prodotto dopo la fessurazione della matrice cementizia (da qui il termine “Residua”). Misura, in sostanza, la capacità resistente delle fibre.

Le classi attualmente ammesse dalle LLGG del CSLLPP vanno dalla meno prestazionale “1a” alla più prestazionale “14e”. In particolare, il numero rappresenta il valore di resistenza caratteristica a trazione da utilizzarsi nelle verifiche agli Stati Limite di Esercizio (SLE). La lettera, indica l’andamento del diagramma fino al raggiungimento delle tensioni resistenti allo Stato Limite Ultimo (SLU): le lettere “a”, “b” e “c” identificano i materiali a comportamento degradante, mentre le lettere “d” ed “e” un comportamento incrudente.

Tale classe può essere utilizzata per ricavare le proprietà di progetto f_Ftld e f_Ftud e costruire il legame costitutivo a trazione dell’HPFRC. Nel dettaglio, le LLGG consentono al progettista di scegliere tra un legame costitutivo “lineare” (Figura 2, sulla sinistra) ed un legame costitutivo “rigido-plastico” (Figura 2, sulla destra). Per entrambi, le formule ed i coefficienti di sicurezza sono descritti al §3 delle LLGG.

Progettazione di interventi di rinforzo con micro-calcestruzzi fibrorinforzati

Grazie al legame costitutivo è possibile portare in conto, nelle formule di verifica, la resistenza a trazione (residua) offerta dalle fibre disperse nel calcestruzzo. Questo consente, a tutti gli effetti, di ridurre o sostituire le armature tradizionali all’interno della camicia, permettendo:

• Riduzioni dello spessore complessivo del rinforzo;
• Incremento del passo delle staffe (o loro completa sostituzione con il contributo delle fibre), con benefici per la posa in opera e la compattazione;
• Riduzione dei tempi di cantiere, dovendo posizionare gabbie di armatura più leggere o potendo addirittura evitare il loro posizionamento.

Per il corretto dimensionamento dell’intervento di incamiciatura con un HPFRC, è necessario seguire le indicazioni riportate al paragrafo §C8.7.4.2.1 della Circolare Applicativa e nelle LLGG di Maggio 2022.

Per il calcolo della Capacità a Pressoflessione, le ipotesi di calcolo sono le medesime adottate per il calcestruzzo tradizionale (Sezioni piane, Perfetta aderenza e Resistenza a trazione del calcestruzzo nulla), a cui va aggiunta quella di “Camicia in HPFRC Resistente a Trazione”. Il calcolo può essere effettuato utilizzando le classiche relazioni di equilibrio della Tecnica delle Costruzioni, imponendo delle “Deformate Limite”, ossia delle deformazioni che portino a rottura almeno uno dei materiali costituenti la sezione (Calcestruzzo a compressione, Acciaio in trazione, HPFRC in compressione o trazione).

Per il calcolo della Capacità a Taglio, è possibile adottare il classico modello a traliccio ad inclinazione variabile, già utilizzato nelle NTC2018 al §4.1.2.3.5.2, considerando le fibre contenute nella camicia in HPFRC come una “Staffatura Equivalente” A_(sw,eq), da sommare all’area delle staffature tradizionali A_sw.

Infine, per il calcolo della Capacità in termini di Deformabilità, essa può essere valutata a livello sezionale, attraverso il Fattore di Duttilità in Curvatura (NTC2018, §4.1.2.3.4.2), calcolato a partire dalla curvatura di prima plasticizzazione e dalla curvatura ultima, utilizzando le stesse ipotesi di calcolo della resistenza a pressoflessione.

Le soluzioni di General Admixtures Spa

COMPOSITE M130: micro-calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni

General Admixtures SpA è stata tra le prime aziende produttrici di sistemi di ripristino e rinforzo di strutture in calcestruzzo a sviluppare e certificare con C.V.T. (Certificato di Valutazione Tecnica”) un micro-calcestruzzo fibrorinforzato ad altissime prestazioni. Il prodotto COMPOSITE M130 (Figura 3) è un HPFRC fluido ed autocompattante (Classe di Consistenza S5 e Classe di Spandimento SF2), dall’elevatissima resistenza (Classe di Resistenza a Compressione fino a C90/105), idoneo a tutte le Classi di Esposizione XC-XD-XS-XF e XA. COMPOSITE M130 è rinforzato con fibre corte (13mm) di acciaio ad altissima resistenza (3000 MPa), che gli permettono di raggiungere una Classe di Resistenza Residua 8b.

Il prodotto COMPOSITE M130, sul mercato da molti anni, è stato efficacemente utilizzato in molteplici interventi di miglioramento ed adeguamento sismico di edifici sia privati che pubblici, come ospedali, scuole, studentati, ed edifici commerciali e direzionali. Consulta QUI o QUI una approfondita descrizione delle sue proprietà reologiche e meccaniche.

STRUCTURE.4R: software per la verifica di sezioni incamiciate con HPFRC

Per supportare il progettista nel dimensionamento dei rinforzi con calcestruzzi fibrorinforzati come COMPOSITE M130 e quindi nella loro prescrizione, la Divisione Ingegneria di General Admixtures SpA ha sviluppato STRUCTURE.4R (Figura 4), un apposito software che permette il dimensionamento e la verifica di sezioni rinforzate con HPFRC.

Il software, gratuitamente scaricabile dalla sezione “Download” del sito di General Admixtures, è giunto nel mese di Maggio 2026 alla Release 2.1.1. Tale versione, permette di effettuare:

• Verifiche a Pressoflessione Retta e Deviata;
• Verifiche a Taglio (solo per elementi con armatura trasversale preesistente);
• Calcolo dei Diagrammi Momento-Curvatura, con identificazione della Curvatura di prima plasticizzazione e della Curvatura ultima;
• Calcolo del Fattore di Duttilità in Curvatura;
• Verifica degli Scorrimenti e calcolo dell’Aderenza tra prodotto cementizio di rinforzo e supporto calcestruzzo esistente (con eventuale dimensionamento dei connettori a taglio, qualora necessari);
• Esportazione di Relazioni di Calcolo, Voci di Capitolato, Analisi Prezzi e Tavole Tipologiche di Intervento.

...Continua la lettura nel PDF in allegato.

F.A.Q.

Cos'è la tecnica dell'incamiciatura di elementi in c.a.?

È un intervento di consolidamento di travi e pilastri esistenti che consiste nell'applicare un rivestimento esterno per aumentarne la resistenza. Si può realizzare con calcestruzzo armato tradizionale, betoncini premiscelati o micro-calcestruzzi fibrorinforzati (HPFRC).

Quali vantaggi offrono gli HPFRC rispetto ai metodi tradizionali?

Permettono camicie di rinforzo a spessore ridotto, con meno armature tradizionali (o senza, se le condizioni lo consentono), grazie alle fibre che agiscono come un'armatura diffusa tridimensionale, con tempistiche di cantiere più brevi e migliori prestazioni.

Cos'è la Classe di Resistenza Residua a Trazione?

È il parametro che quantifica la resistenza a trazione di un FRC dopo la fessurazione della matrice cementizia, ovvero l'efficacia delle fibre. È espressa con un codice alfanumerico (es. "8b") e va dalla classe "1a" alla "14e".

Cos'è COMPOSITE M130?

È il micro-calcestruzzo fibrorinforzato ad alte prestazioni di General Admixtures SpA, certificato C.V.T. Fluido, autocompattante, con resistenza fino a C90/105 e Classe di Resistenza Residua 8b, ottenuta grazie a fibre corte d'acciaio ad altissima resistenza.

Cos'è STRUCTURE.4R e come si ottiene?

È il software di General Admixtures SpA per il dimensionamento e la verifica di sezioni rinforzate con HPFRC. Si scarica gratuitamente dal sito di GA.

Quali verifiche strutturali è possibile eseguire con STRUCTURE.4R?

Pressoflessione retta e deviata, taglio, duttilità (diagrammi momento-curvatura e fattori di duttilità), aderenza della camicia al supporto esistente. Permette inoltre di esportare relazioni di calcolo, capitolati e tavole tipologiche.

Servono connettori a taglio per ancorare la camicia?

Non sempre. Con una corretta preparazione del supporto, l'elevata aderenza di COMPOSITE M130 è spesso sufficiente. STRUCTURE.4R verifica questa condizione e, se necessario, dimensiona i connettori.