Rinforzo intradossale di solaio in laterocemento mediante carpenteria metallica

Il fabbricato risale ad inizio degli anni ’60 e la tecnologia costruttiva corrisponde a telai monodirezionali in c.a. ; gli orizzontamenti corrispondono alla tipologia in laterocemento.

Il solaio oggetto di intervento ha pianta poligonale, con orditura parallela alla luce da 9 m (Figura 2), è di tipo latero cementizio, di spessore 20+8 cm; l’interasse dei travetti è pari a 40 cm.

Lo spessore totale del solaio, comprensivo di sottofondo e pavimento è pari a 34 cm ed evidenziava in campata una freccia pari a 40 mm (Figura 3).

Il progetto dell’edificio in calcestruzzo armato risale agli anni ‘60 e risponde ai requisiti normativi di allora, infatti, il carico di esercizio dei locali è pari a 400 kg/mq (ambiente suscettibile di affollamento, entità di carico corrispondente anche ai dettami normativi attuali).

L’ambiente in cui si è verificato il distacco di intonaco è posizionato, altimetricamente, al primo piano al di sotto del locale adibito a locale ad affollamento (secondo piano). Osservando sia lo stato dei luoghi che il progetto, reperito presso gli uffici comunali, è risultata evidente la lunghezza del campo di solaio (9 m).

A titolo precauzionale, si è ritenuta necessaria la chiusura delle due aule, mensa e locale sottostante corrispondente, al fine di affinarne la conoscenza strutturale.

Successivamente è stata disposta la rimozione dell'intonaco all'intradosso del solaio, per leggerne più chiaramente l'orditura in un'ottica di rinforzo strutturale, allargando l'operazione all'aula attigua e sottostante l'aula insegnanti posta al secondo piano e adiacente al locale mensa.

Indagine conoscitiva: tecnologia costruttive ed indagini integrative

Il solaio corrispondente alla pavimentazione del locale mensa, ovvero il soffitto del primo piano presenta la seguente stratigrafia.

In merito alla struttura esistente furono condotte le seguenti prove in sito e in laboratorio atte a riscontrare le proprietà meccaniche degli elementi strutturali:

• carotaggi in sito, con estrazione di tre provini cilindrici rispettivamente da due pilastri e una trave;
• prove di compressione monoassiale sui tre provini cilindrici estratti (rapporto diametro: altezza = 1:1, al fine di valutare la resistenza cilindrica del calcestruzzo esistente);
• prove ultrasoniche e sclerometriche (metodo SONREB) relative a 2 pilastri e 2 travi;
• prove sui ferri mediante durometro e relativa misurazione.

Dall'intersezione di queste informazioni è risultato quanto segue:

• calcestruzzo afferente alla classe C12/15;
• armatura longitudinale liscia Aq 50.

Progetto di consolidamento: rinforzo intradossale del solaio laterocemento

L’intervento prevede il posizionamento di profilati in acciaio all’intradosso del solaio esistente, allo scopo di fornire supporto ai travetti di luce 9 m, che attualmente presentano deformazioni eccessive.

Gli incrementi di deformazione dovuti ai carichi di esercizio ed agli effetti viscosi del calcestruzzo del solaio esistente vengono quindi limitati, grazie al nuovo schema statico previsto per i travetti (trave continua su cinque appoggi di cui i tre centrali, rappresentati dai profilati, cedevoli).

L’intervento consiste preliminarmente nell’inserimento di una trave centrale IPE 400 in S275 JR, di luce 9 m, tra i pilastri P4 (nodo N04) e P5 (nodo N08) della struttura in calcestruzzo armato esistente.

La trave, che ha funzione di supporto per altri profilati metallici ad essa ortogonali (cinque IPE 300), presenta uno schema isostatico, con vincoli di appoggio semplice e cerniera realizzati tramite idonee selle collegate ai pilastri (i bulloni di collegamento attraversano l’intero spessore dei pilastri e sono ad essi fissati con opportuna contropiastra).

Per esigenze di movimentazione e montaggio, l’IPE 400 viene suddivisa in tre spezzoni, solidarizzati in cantiere tramite connessione bullonata con coprigiunti doppi d’anima e d’ala (Figura 6).

Successivamente vengono installati i cinque profili IPE 300 in S275: tre nel campo di solaio posto planimetricamente al di sopra della trave IPE 400 e due nel campo al di sotto.

I profili IPE 300, allineati sui due campi di solaio, presentano luce media di 6 m e consentono di dividere lo schema statico dei travetti del solaio in quattro campate di luce circa 2.15 m.

Nel campo di solaio posto al di sopra della trave centrale IPE 400, i profili IPE 300 poggiano sulla trave di bordo ribassata in calcestruzzo armato esistente e sull’IPE 400; nel campo di solaio posto al di sotto, le IPE 300 poggiano sull’IPE 400 e su una parete del nucleo scale in calcestruzzo armato.

Le connessioni tra le IPE 300 e l’IPE 400 sono di tipo a cerniera e sono realizzate mediante squadrette bullonate. Le connessioni tra le IPE 300 e gli elementi in calcestruzzo armato (trave di bordo ribassata e parete del vano scale) simulano anch’esse un vincolo di tipo cerniera; il collegamento lato calcestruzzo avviene tramite l’utilizzo di barre inghisate con tassello chimico (che risultano quindi non passanti l’elemento strutturale).

Tutte le connessioni tra gli elementi di rinforzo in acciaio e gli elementi della struttura in calcestruzzo armato esistente sono progettate avendo cura di limitare l'eccentricità dei carichi trasmessi e di garantire la collaborazione tra le due tipologie di struttura.

Inoltre, vista la funzione di “accomodamento” che deve avere il graticcio metallico nei confronti del solaio laterocemento, è stato prescritto uno spessoramento puntuale con piastre di acciaio tra il travetto e il profilo IPE 300 al di sotto. Altra accortezza posta, prima della posa della carpenteria metallica, si è provveduto alla battitura delle pignatte, alla rimozione e successiva ricostruzione del calcestruzzo costituente il travetto, previa spazzolatura dei ferri correnti di armatura.

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L'articolo continua con:

• Costruzione del modello numerico atto a simulare il comportamento del graticcio metallico