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Rss

Recupero strutturale pilastro cemento armato

rinforzo-pilastro1 - DESCRIZIONE GENERALE DELL’OPERA

1.1 Premessa

Da oltre un anno nell'edificio di cui trattasi si sono evidenziati segni di “sofferenza statica”, in particolare su alcuni elementi strutturali posti al piano terra.

Le indagini svolte in due fasi temporali, hanno evidenziato, come descritto in seguito, che buona parte dei pilastri del piano terra presentano un calcestruzzo alquanto scadente.

Calcolo preliminare di verifica agli Stati Limite Ultimi dell'intero edificio, ipotizzando una resistenza a rottura del calcestruzzo Rck = 150 kg/cmq (valore molto basso).

É emerso che, secondo la normativa vigente, le caratteristiche tecnologiche di molti pilastri del piano terra, evidenziate dalle indagini, non sono compatibili con i dati di calcolo ottenuti.

Alla luce di ciò ed in presenza di uno stato fessurativo che interessa alcuni elementi strutturali a questo piano è obbligatorio procedere ad opere di rafforzamento con tecniche adeguate.

Poiché le strutture dei piani superiori non hanno evidenziato segni di degrado strutturale, si ritiene che, almeno in questa fase, non sia necessario prevedere interventi particolari su di esse.

Se in futuro dovessero manifestarsi fenomeni fessurativi di qualunque entità anche per esse sarà necessario eseguire ulteriori approfondimenti mediante appropriati esami di laboratorio.

Il progetto sarà intitolato “manutenzione straordinaria con interventi locali di riparazione e rinforzo” e sarà finalizzato a garantire la sicurezza dell'edificio in condizioni non sismiche.

Le motivazioni di quanto su esposto sono scaturite dalle visite, indagini, calcoli e approfondimenti di seguito riportati.

1.2 Visite in loco

Si sono effettuate diverse visite nell'edificio durante le quali si sono osservati, “a campione”, molti componenti della struttura. É emerso che:

  • Sui piani dal primo al sesto, tutti destinati ad appartamenti, non sono visibili significativi stati fessurativi nelle murature e nelle strutture principali.
  • Al piano terra, destinato ad abitazioni, depositi ed officina meccanica, si è rilevato:
    • un importante degrado del pilastro posto nell'angolo sinistro dell'edificio
    • Si è rilevata una lesione all'intradosso del solaio di calpestio del primo piano che si sviluppa lungo la linea di contatto tra una fila di laterizi ed il travetto adiacente, in prossimità di una trave.
    • Si notano fessurazioni in alcune murature di separazione tra alcuni locali adiacenti e tompagni.
    • Non sono presenti fessure significative nelle travi visibili.

1.3 Indagini di laboratorio

 

  • La prima tornata di indagini è stata finalizzata alla conoscenza delle caratteristiche tecnologiche del calcestruzzo che compone alcune strutture portanti “visibili” al piano terra.
  • La seconda tornata di indagini, si è resa necessaria oltre che per approfondire la conoscenza del calcestruzzo, anche per poter conoscere le caratteristiche delle armature presenti in alcuni pilastri scelti “a campione”.

In particolare si sono ottenute le collocazioni e l'entità delle staffe e dei ferri longitudinali.

La metodologia delle indagini eseguite è la seguente:

  • per il calcestruzzo, prove sclerometriche, ultrasuoni, schiacciamento di “carote” e profondità di carbonatazione.
  • per gli acciai, prove pacometriche per determinare la posizione e l'entità delle armature presenti.

Il Laboratorio, avendo accertato per il calcestruzzo una notevole discrepanza tra i valori di resistenza ottenuti nei tre metodi di indagine, ha calcolato un valore della resistenza a compressione a rottura ottenuto facendo ricorso ad una “formula teorica” che attribuisce un valore “probabile” alla resistenza del materiale.

Altri metodi di valutazione, in questi casi, tendono ad annullare i valori che si discostano eccessivamente dagli altri; in questo modo si ottengono, statisticamente, valori sensibilmente più alti. In quest'ottica si è ritenuto di poter incrementare i valori suggeriti dal Laboratorio del 10%.

1.4 Statica

Le visite effettuate e l'esito delle indagini di laboratorio hanno portato alle seguenti deduzioni:

  • Il pilastro d'angolo già descritto si trova in condizioni di precarietà seriamente preoccupanti (anche perchè si è alleggerita la puntellatura precedentemente messa in opera).
  • la lesione nel solaio, risalente a molto tempo fa, può causare qualche danno, dovuto a caduta di calcinacci e di pezzi di laterizio, ma appare abbastanza stabilizzato, considerato che non se ne trova traccia nell'appartamento sovrastante. La causa è da ascriversi a fenomeni elastici, molto frequenti in strutture dell'epoca, e non a specifici motivi di degrado strutturale.
  • Le lesioni delle murature sono riconducibili a cedimenti delle loro fondazioni e non sono collegate alla eventuale instabilità delle strutture di cemento armato dell'edificio.

1.5 Rinforzi strutturali

  • Pilastro d'angolo

Questo pilastro necessita di lavori urgenti di rafforzamento consistenti essenzialmente in una “fasciatura armata”  che collegherà la fondazione al piano sovrastante. Tale fasciatura, composta da armature filanti, staffe, retina di contenimento e da uno strato spesso alcuni centimetri di materiale cementizio speciale. Ciò permette di considerare, ai fini statici, un nuovo elemento strutturale “composto” in grado di assorbire tutte le sollecitazioni provenienti dall'alto.

  • Altri pilastri

Benché, per questi pilastri, lo stato fessurativo non denoti una sofferenza strutturale particolare, gli esami di laboratorio (eseguiti “a campione”) evidenziano una carenza qualitativa e quantitativa dei materiali molto diffusa.

Si ricorda che la “resistenza di calcolo” di un materiale da costruzione, per legge, deve essere sensibilmente inferiore rispetto alla resistenza che il materiale oppone alla “rottura”.

La norma è finalizzata ad assicurare all'opera un ragionevole grado di sicurezza per ovviare ad eventuali errori di calcolo, sovraccarichi non previsti, errori costruttivi, aggrssioni chimiche, ecc. .

Ebbene, alcuni pilastri del nostro edificio, confrontando i dati di laboratorio con quelli del calcolo di verifica effettuato, al piano terra presentano un grado di sicurezza molto basso per quanto attiene al calcestruzzo che li compone.

Gli esami pacometrici, eseguiti “a campione” su alcuni pilastri, mostrano che le armature longitudinali sono generalmente adeguate e ben disposte; le staffature, invece, particolarmente nelle zone di attacco delle travi, sono spesso mal disposte e carenti per numero e diametro. Questo difetto costruttivo è particolarmente gravoso per dei pilastri che già lavorano al limite, infatti l'effetto cerchiante limita il rischio di rottura del calcestruzzo per schiacciamento.

Fermo restando la necessità di un continuo monitoraggio di tutti i pilastri del piano terra da effettuarsi almeno con cadenza annuale si ritiene che in tempi brevi sia necessario intervenire su quasi tutti i pilastri posti nel locale officina, in quanto verosimilmente sono state eseguite contemporaneamente al “pilastro d'angolo” con gli stessi materiali scadenti e con le stesse modalità costruttive. Ipotesi avvalorata anche dagli esami di laboratorio eseguiti.

Inoltre, a differenza delle altre zone dove ai pilastri sono sempre addossate murature che ne limitano il rischio di inflessione laterale, in questa zona i pilastri sono più liberi e quindi più esposti a tale rischio.

I pilastri per i quali sarà necessario intervenire verranno trattati con una tecnica simile a quelle descritte per il “pilastro d'angolo” ma con particolare attenzione alla “cerchiatura” più che all'armatura longitudinale.

  • Lesione nel solaio

Si è già detto che tale lesione non è motivo di particolare allarme per la statica in quanto dovuta ad un diverso abbassamento elastico di due elementi strutturali contigui: una fila di laterizi solidale con una porzione di solaio “liberamente” elastica e, un travetto adiacente, bloccato nel suo abbassamento in quanto solidale con una struttura più rigida (trave più muratura sottostante).

Poiché all'epoca della costruzione i solai non erano armati trasversalmente ai travetti i due elementi si sono staccati. Nel distacco si sono rotti alcuni laterizi ed è caduto qualche tratto di intonaco.

La riparazione consisterà nella risarcitura della lesione utilizzando una resina tixotropica ed una retina metallica.

1.6 Carbonatazione

Il fenomeno della carbonatazione del calcestruzzo favorisce l'arrugginimento delle armature. Gli esami di laboratorio mostrano che questo rischio è reale e probabile, pertanto sarà necessario eseguire su tutti i pilastri dei saggi atti ad accertare la eventuale presenza di ruggine sulle armature.

In caso affermativo si dovrà provvedere, a seconda della gravità del fenomeno, ad eliminarne le conseguenze.

Nei casi meno pericolosi sarà sufficiente un trattamento superficiale finalizzato a far penetrare, per capillarità idonei prodotti che a contatto con le armature ne inibiscono l'arrugginimento. Nei casi peggiori sarà necessario asportare il copriferro, raggiungere le armature, proteggerle con passivanti e ricostruire il copriferro. A volte potrebbe essere addirittura necessario sostituire le barre troppo arrugginite.

1.7 Conclusioni

La presente relazione rappresenta solo un primo approccio alla soluzione del nostro problema che si presenta particolarmente ostico sia dal punto di vista delle soluzioni tecniche che per quanto attiene gli elevati costi che questa tipologia di interventi comporta.

In questi casi la difficoltà maggiore consiste nell'individuare il minimo di opere necessarie ad assicurare un adeguato grado di sicurezza mantenendo i costi ad un livello accettabile.

Va inoltre ricordato che le opere previste nel progetto potranno subire varianti in corso d'opera poiché solo dopo aver eseguito le demolizioni delle murature adiacenti ai pilastri e l'asportazione degli intonaci, sarà possibile accertare se le previsioni sono state corrette e se eventualmente sarà necessario prevedere altri lavori.

2 - NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Le fasi di analisi e verifica della struttura sono state condotte in accordo alle seguenti disposizioni normative, per quanto applicabili in relazione al criterio di calcolo adottato dal progettista, evidenziato nel prosieguo della presente relazione:

  • Legge 5 novembre 1971 n. 1086  (G. U. 21 dicembre 1971 n. 321) ”Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica”.
  • Legge 2 febbraio 1974 n. 64  (G. U. 21 marzo 1974 n. 76) ”Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche”.
  • Decreto Ministero Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008  (G. U. 4 febbraio 2008, n. 29 - Suppl.Ord.) “Norme tecniche per le Costruzioni”.

Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, ad integrazione della norma precedente e per quanto con esse non in contrasto, sono state utilizzate le indicazioni contenute nella:

  • Circolare 2 febbraio 2009 n. 617 del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti  (G.U. 26 febbraio 2009 n. 27 – Suppl. Ord.)
  • “Istruzioni per l'applicazione delle 'Norme Tecniche delle Costruzioni' di cui al D.M. 14 gennaio 2008”.

3 - MATERIALI IMPIEGATI E RESISTENZE DI CALCOLO

I materiali caratterizzanti le strutture esistenti dei pilastri prima del risanamento sono i seguenti:

  • Calcestruzzo esistente, senza l'effetto di confinamento visto l'eccessivo passo delle staffe, Tipo C4/5 (Rck 54), C8/10 (Rck 120) e C12/15 (Rck 150) (vedi “Rapporti di prova” della  LP Engineering srl n.337.11 e n. 361.12).
  • Barre di acciaio liscio esistente tipo FeB22k (Tensione caratteristica di snervamento Rsk=22 kg/mmq; Tensione caratteristica di rottura Rrk=34 kg/mmq; Allungamento As=24%; Piegamento a 180° = 2 diametri).

Per la realizzazione dei risanamenti in oggetto saranno impiegati i seguenti materiali:

  • Pasta Tixotropica per incollaggi strutturali (tecnica Beton Plaquè) tipo SIKADUR 31 o equivalente (Resistenza a compressione 60/70 N/mmq; a fessotrazione 30/40 N/mmq; Resistenza a trazione diretta 20 N/mmq; Resistenza a trazione al calcestruzzo (rott. Cls) 3 N/mmq; Resistenza a trazione sull'acciaio 15/20 N/mmq; Modulo Elastico (a 10 gg.) 4300 N/mmq.
  • Ancorante chimico colabile per inghisaggi tipo HILTI HIT HY 150 o equivalente.
  • Trattamento cementizio anticorrosivo tipo Sika Monotop 610 new.
  • Malta fibrorinforzata Tixotropica tipo Monotop 622 Evolution.
  • Inibitore di corrosione migrante tipo Sika Ferro Grad 903.
  • Nuove barre di acciaio ad aderenza migliorata tipo Acciaio B450C (Resistenza caratteristica Fyk = 450.0 N/mm2).

I materiali caratterizzanti le strutture esistenti dei pilastri dopo il risanamento sono i seguenti:

  • Calcestruzzo esistente, con l'effetto confinamento visto che verranno posizionate nuove staffe di contenimento con passo adeguato, Tipo C4/5 confinato (Rck 110), C8/10 cerchiato (Rck 160) e C12/15 (Rck 150) (vedi il caolcolo seguente delle caratteristiche del calcestruzzo confinato).

           

  • Barre di acciaio liscio esistente tipo FeB22k (non collaboranti).

4 - VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA

Nelle costruzioni esistenti le situazioni concretamente riscontrabili sono le più diverse ed è quindi impossibile prevedere regole specifiche per tutti i casi. Di conseguenza, il modello per la valutazione della sicurezza è stato definito e giustificato dal Progettista in relazione al comportamento strutturale attendibile della costruzione, tenendo conto delle indicazioni generali di seguito esposte.

4.1 – ANALISI STORICO CRITICA

Il fabbricato oggetto dell'intervento è dei primi anni del 1960.

L'edificio ha struttura portante costituita da telai in C.A. di travi e pilastri. Il fabbricato si sviluppa per sette piani fuori terra più un torrino.

Le strutture in questione, di recente hanno evidenziato uno stato fessurativo che, a seguito di approfondite indagini eseguite, è risultato essere causato da un generalizzato deterioramento del calcestruzzo e da un arrugginimento delle armature.

Con il presente intervento si intende porre riparo agli inconvenienti riscontrati procedendo ad un risanamento corticale delle strutture danneggiate

4.2 – RILIEVO

Il rilievo geometrico-strutturale è riferito sia alla geometria complessiva dell’organismo che a quella degli elementi costruttivi. Nel rilievo è stato rappresentato la situazione attuale che sembra non aver avuto modificazioni intervenute nel tempo, come desunte dall’analisi storico-critica.

Sono stati rilevati i dissesti, in atto o stabilizzati, ponendo particolare attenzione all’individuazione dei quadri fessurativi e dei meccanismi di danno.

Sono state rilevate le geometrie degli elementi strutturali, dei quantitativi delle armature, delle proprietà meccaniche dei materiali, dei collegamenti.

Sono stati individuati i difetti nei particolari costruttivi.

In base a quanto indicato si può definire che le Verifiche in-sito sono state esaustive (basate su rilievi di tipo visivo effettuati ricorrendo, generalmente, a rimozione dell'intonaco e saggi sulle strutture che consentano di esaminarne le caratteristiche sia in superficie che in profondità. I dettagli costruttivi sono stati valutati anche sulla base di una conoscenza appropriata delle tipologie dei solai.)

4.3 – CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI

Particolare attenzione è riservata alla valutazione della qualità del calcestruzzo, con riferimento agli aspetti legati al rispetto o meno della “regola dell’arte”.

L’esame della qualità del calcestruzzo eseguita può essere ricondotta nella tipologia “Indagini in-sito approfondite”. Infatti sono state eseguite diverse prove dirette su molti elementi strutturali allo stesso livello d'impalcato. Le indagini sono servite a completare le informazioni sulle proprietà dei materiali ottenute dalla letteratura, o dalle regole in vigore all’epoca della costruzione.

4.4 – LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA

Sulla base delle informazioni acquisite:

  • sulla GEOMETRIA (§ C8.A.1.A.1 - Circolare 02-02-2009 n. 617);
  • sui DETTAGLI COSTRUTTIVI (§ C8.A.1.A.2 - Circolare 02-02-2009 n. 617);
  • sulle PROPRIETA’ DEI MATERIALI (§ C8.A.1.A.3 - Circolare 02-02-2009 n. 617).

con riferimento alla Tabella C8A.1.1 (Circolare 02-02-2009 n. 617) sono stati acquisiti il LIVELLO DI CONOSCENZA (LC - § C8.A.1.A.4 - Circolare 02-02-2009 n. 617) [LC3] – Estese ed Esaustive ed il FATTORE DI CONFIDENZA (FC - § C8.A.1.A.4 - Circolare 02-02-2009 n. 617) [FC=1.00].

4.5 – AZIONI

In fase di schematizzazione degli elementi da verificare si è tenuto conto dei carichi su di essi gravanti considerando gli elementi costruttivi sovrastanti. Lo scopo del presente intervento è quello di ripristinare la condizione di piena sicurezza a carichi verticali (non sismici) degli elementi su cui si interviene. Naturalmente con il rinforzo si è ottenuto anche un lieve miglioramento sismico, che però non raggiunge mai la sicurezza prevista dalla normativa vigente per i nuovi fabbricati e per gli interventi di adeguamenti.

Si è quindi provveduto ad eseguire le verifiche per i carichi verticali, così come venivano eseguite all'epoca del manufatto, ma tenendo conto dei criteri di verifica della nuova normativa, eseguendo un calcolo di verifica prima e dopo l'intervento con il metodo semiprobalilistico agli stati limite e con l'applicazione dei coefficienti di sicurezza attualmente in vigore.

5 - TERRENO DI FONDAZIONE

Visto il tipo di lavoro che si vuole eseguire, già ampiamente esposto in precedenza, che non implica interventi in fondazione e/o aumento dei carichi, non è necessario eseguire indagini geologiche e tantomeno eseguire un'analisi geotecnica.

6 - ANALISI DEI CARICHI

La valutazione dei carichi e dei sovraccarichi è stata effettuata in accordo con le disposizioni del Decreto Ministero Infrastrutture Trasporti 14 gennaio 2008 (G. U. 4 febbraio 2008, n. 29 - Suppl.Ord.) “Norme tecniche per le Costruzioni”.

La valutazione dei carichi permanenti è effettuata sulle dimensioni definitive rilevate in loco.

Le analisi effettuate, corredate da dettagliate descrizioni, sono riportate di seguito:

Peso proprio del solaio di tipo SAP 20+3     =          250 kg/mq       (G1)

Peso pavimento + incidenza tramezzi           =          150 kg/mq       (G2)

Carico variabile (accidentale)            =          200 kg/mq       (Q)

7 - VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA

Così come previsto al punto 8,3 del D.M.08 e nella relativa Circolare “la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguite con riferimento ai soli S.L.U.”, ed in particolare, “possono essere eseguite rispetto alla condizione di salvaguardia della vita umana (S.L.V.).

Tuttavia pur non essendoci l'obbligo normativo e la volontà della committenza di valutare l'intervento dal punto di vista sismico, tale analisi è stata svolta. Inoltre è da considerare che il fabbricato risale agli anni '60, periodo durante il quale non esisteva ancora una normativa che teneva conto del fenomeno sismico, e quindi non avrebbe senso l'adeguamento delle sole strutture in oggetto al sisma visto che il resto del fabbricato risulterebbe, in ogni caso non verificato alle sollecitazioni sismiche.

Di seguito sono riportati gli stralci degli schemi strutturali del primo impalcato dove sono evidenziati i pilastri non verificati nelle condizioni “non sismiche” e “sismiche” prima dell'intervento e dopo il risanamento dei pilastri.

8 - AZIONI SULLA STRUTTURA

I calcoli e le verifiche sono condotti con il metodo semiprobabilistico degli stati limite secondo le indicazioni del D.M. 14 gennaio 2008.

I carichi dovuti alle tramezzature vengono ripartite in maniera uniforme sui solai su cui poggiano. I carichi permanenti agenti sui solai, derivanti dall’analisi dei carichi, vengono ripartiti sulle travi e sui pilastri.

Le azioni introdotte sono combinate con i carichi variabili mediante la combinazione di carico di seguito descritta; da esse si ottengono i valori probabilistici da impiegare successivamente nelle verifiche.

8.1 Stato Limite di Salvaguardia della Vita

Le azioni sulla costruzione sono state cumulate in modo da determinare la condizione di carico tale da risultare più sfavorevoli ai fini delle singole verifiche, tenendo conto della probabilità ridotta di intervento simultaneo di tutte le azioni con i rispettivi valori più sfavorevoli, come consentito dalle norme vigenti.

8.2 Stati Limite di Esercizio

Non sono state eseguite verifiche allo S.L.E così come previsto al punto 8,3 del D.M.08 e nella relativa Circolare che recita: “la valutazione della sicurezza e la progettazione degli interventi sulle costruzioni esistenti potranno essere eseguite con riferimento ai soli S.L.U.”.