Rinforzi e consolidamento di strutture in cemento armato: le tecniche principali

Il cemento armato, largamente utilizzato nel settore edilizio e per la costruzione di impianti e silos industriali, è spesso impiegato anche nell’ambito infrastrutturale per la realizzazione di ponti e viadotti.

La sicurezza delle strutture è un tema di grande attualità, soprattutto dopo gli eventi catastrofici, che, purtroppo, hanno caratterizzato gli ultimi decenni. Il crollo di ponti e gli episodi di cedimenti avvenuti a seguito di scosse sismiche hanno fatto riemergere l’importanza della manutenzione strutturale ai fini della sicurezza.

Parliamo di strutture che avevano già manifestato lesioni, crepe o fenomeni evidenti di degrado, purtroppo sottovalutati.

In questi casi, infatti, è importante intervenire con opere di consolidamento strutturale e rinforzi, per ripristinare i danni ed impedire cedimenti o collassi.

Quali sono le cause del degrado del cemento armato?

Le strutture in cemento armato possono manifestare fenomeni di degrado a causa di diversi fattori:

• cause intrinseche, legate alle caratteristiche dello stesso materiale, che, in assenza di attività di manutenzione periodica, si usura nel tempo, secondo un processo naturale, provocando fenomeni, che possono compromettere la resistenza, quali:
• corrosione dell’armatura, ovvero un processo elettrochimico, che colpisce e degrada i ferri d’armatura, i quali, perdendo le proprietà meccaniche, possono provocare il collasso della struttura,
• porosità del calcestruzzo, che favorisce la penetrazione di acqua e agenti chimici nei materiali, provocandone la delaminazione e la degradazione,
• crepe, che possono essere causate da carichi eccessivi, movimenti strutturali, sollecitazioni meccaniche o eventi imprevedibili, come terremoti, e possono compromettere la resistenza e la rigidezza della struttura,
• cause estrinseche, legate all’esposizione costante all’ambiente esterno, come:
• agenti atmosferici, infiltrazioni d’acqua, vento, gelo, sole e umidità, che possono provocare la delaminazione del cemento, la corrosione dell’armatura e la perdita delle proprietà meccaniche,
• agenti chimici aggressivi, come acidi, basi e sali, che possono corrodere l’armatura, delaminare il calcestruzzo o provocare la formazione di fessure,
• urti, che possono essere causa di danni meccanici, quali crepe, scheggiature o fratture,
• eventi sismici o catastrofici, che, se particolarmente violenti, possono causare danni strutturali anche su impianti già progettati secondo le normative antisismiche vigenti,
• carenze progettuali o costruttive, dovute ad errori nella progettazione o nella realizzazione dello stabilimento, che possono renderlo vulnerabile a cedimenti e crolli.

L’impiego di materiali di scarsa qualità durante la costruzione o la mancanza di manutenzione nel tempo possono essere ulteriori cause di degrado del cemento armato.

Cos’è il consolidamento strutturale?

Il consolidamento strutturale è un insieme di interventi tecnici, che mirano a rinforzare e mettere in sicurezza strutture, che presentano segni di degrado o danni che possono comprometterne stabilità e resistenza, con lo scopo di migliorarne la capacità portante.

È un’attività fondamentale per garantire la sicurezza delle persone e la durata nel tempo di impianti e stabilimenti industriali, soprattutto se ubicati in aree sismiche o particolarmente soggette a fenomeni di degrado.

Quando è necessario il consolidamento strutturale?

Quando le strutture manifestano fenomeni di degrado, è necessario ispezionarle e definire un intervento appropriato di manutenzione per ripristinare le strutture danneggiate, bloccare i fenomeni di degrado e rinforzare la resistenza delle strutture, per recuperare la funzionalità dell’edificio.

Normalmente, il consolidamento strutturale è necessario:

• quando vi sono cambiamenti nelle normative di sicurezza, che richiedono un adeguamento per garantire la conformità delle strutture,
• in casi di modifiche strutturali, cambiamenti di carico o ampliamenti, che possano alterare l’equilibrio statico delle strutture,
• in caso di problemi alle fondazioni, che possono presentarsi instabili o danneggiate,
• quando una struttura in cemento armato presenta danni e segni di deterioramento, che possono comprometterne la capacità portante, la resistenza e la sicurezza, come:
  • crepe, fessurazioni significative, distacco di intonaco, alterazioni e lesioni importanti nelle pareti, nei pavimenti o nelle strutture portanti,
  • segni di cedimento strutturale, che possono far emergere problemi di stabilità,
  • lesioni provocate da fenomeni esterni, quali eventi sismici o accadimenti che potrebbero aver compromesso l’integrità strutturale,
  • corrosione e degrado delle armature.

In presenza di tali manifestazioni, è importante rivolgersi ad un professionista del settore, per valutare le condizioni strutturali e determinare gli interventi necessari.

Le fasi principali per il rinforzo e il consolidamento strutturale

Prima di tutto, viene svolta, un’analisi preliminare sullo stato delle strutture.

Subito dopo, vengono stabilite le tecniche di consolidamento strutturale con materiali donei, a seconda del caso specifico e in base a fattori, quali:

• condizioni delle strutture,
• cause del degrado,
• gravità dello stato di degrado rilevato, per cui, per danni lievi saranno sufficienti interventi di tipo conservativo, mentre per problemi più gravi saranno necessari interventi più radicali e importanti,
• caratteristiche dell’edificio, per cui si terrà conto della tipologia della struttura, della geometria architettonica, dei materiali utilizzati e dell’epoca di costruzione.

Normalmente, le operazioni di consolidamento delle strutture in calcestruzzo prevedono:

• ripristino corticale, con la rimozione del cemento danneggiato e l’applicazione di materiali per riparare le aree compromesse,
• protezione catodica, per proteggere le armature dalla corrosione,
• iniezione di resine epossidiche o poliuretaniche, per rinforzare le strutture e ripristinare la capacità portante,
• rinforzo di travi, pilastri, fondazioni e solai, mediante placcaggi, ringrossi o incamiciature, integrazioni e ricostruzioni di parti mancanti con idonee malte preconfezionate e appositamente studiate, speciali resine e sistemi più moderni come quelli delle fibre di carbonio.

Terminate tutte le operazioni di recupero, si provvede al collaudo finale.

Inoltre, è anche utile predisporre opere di manutenzione protettiva regolare per garantire la durata delle strutture e prevenire danni futuri.

Tecniche di consolidamento più comuni per il recupero di strutture in cemento armato

Il consolidamento strutturale ha lo scopo di ripristinare le condizioni originali della struttura o di aumentarne la resistenza e la rigidezza. Può riguardare fondazioni, pareti, solai e strutture in calcestruzzo.

In base alle condizioni specifiche della struttura e alle verifiche strutturali effettuate dai professionisti incaricati, vengono definite le tecniche più idonee di consolidamento e ripristino del cemento armato, che possono essere:

• tradizionali: impiegano materiali quali calcestruzzo, acciaio o murature per rinforzare gli elementi strutturali,
• innovative: prevedono l’uso di materiali compositi, come fibre di carbonio o resine epossidiche, che garantiscono maggiore leggerezza e resistenza.

Tra le tecniche di consolidamento più diffuse, troviamo:

Fibre di carbonio (FRP) per il rinforzo strutturale

I sistemi in fibre di carbonio (FRP – Fiber Reinforced Polymers) sono utilizzati nell’ambito edilizio per il consolidamento delle strutture, il rinforzo di travi, pilastri, pareti, solai, e nelle opere di adeguamento sismico.

Sono materiali compositi, costituiti da fibre di carbonio combinate con resine epossidiche, che fungono da matrice polimerica.

Possono essere in tessuti, lamine o barre, e hanno la caratteristica di essere molto sottili, leggeri e resistenti. Rinforzano, infatti, gli elementi strutturali esistenti, senza aumentare in modo significativo il peso complessivo delle strutture.

Vengono progettati e realizzati appositamente, in base alle strutture specifiche da rinforzare, e sono adatti sia per interventi di rinforzo localizzati, che per opere più ampie, per aumentarne la capacità portante.

Nello specifico, possono essere utilizzati per:

• rinforzi di strutture lesionate, degradate, danneggiate da incendi o con armature corrose,
• rinforzo di pilastri,
• consolidamento o aumenti di portata di solai e travi,
• adeguamenti e miglioramenti sismici, con aumento dei carichi,
• modifiche di destinazione d’uso delle strutture con aumento dei nuovi carichi,
• correzione di errori di costruzione.

L’impiego di materiali, come le fibre di carbonio, consente:

• una maggiore efficacia e durata degli interventi di consolidamento,
• la riduzione dei tempi di realizzazione e dei costi di manutenzione,
• una minore invasività e il rispetto dell’estetica originaria dell’edificio.

Per ottenere un intervento corretto e duraturo nel tempo, è importante che le opere siano ben progettate.

Resine epossidiche per il ripristino del calcestruzzo

Per il ripristino del calcestruzzo, è molto utile l’uso di materiali, quali le resine epossidiche o poliuretaniche.

Si tratta di polimeri termoindurenti, costituiti da una resina base e da un indurente, che, miscelati tra loro, allo stato fluido, penetrano nelle microfessure, e poi, mediante reazione a freddo, solidificano. In questo modo, è possibile consolidare e risanare parti lesionate, aumentarne la coesione e la resistenza.

Le resine epossidiche, infatti, vengono usate per:

• consolidare travi, pilastri e solai,
• ripristinare elementi di facciata,
• sigillare le fessure,

adattandosi a diverse forme e superfici.

Inoltre, come abbiamo visto, possono anche essere impiegate in combinazione con le fibre di carbonio.

Malte per il ripristino del cemento armato

Le malte sono molto utili per la ricostruzione di intere porzioni di cemento armato.

In base al tipo di degrado riscontrato e al livello di intervento di consolidamento necessario, vengono selezionate le malte più adatte per assicurare il corretto ripristino, un’adeguata adesione alle strutture e un’elevata resistenza alle sollecitazioni chimiche e climatiche.

Si tratta di malte preconfezionate e appositamente studiate in base allo specifico impiego.

Le più utilizzate sono quelle tixotropiche, utili per gli interventi localizzati, e quelle colabili, adatte per la ricostruzione di spessori e la realizzazione di ringrossi di pilastri e travi.

In base al progetto specifico di consolidamento, inoltre, vengono impiegate malte a presa normale o malte a presa rapida.

Rinforzi strutturali con placcaggi in acciaio, tiranti e barre di rinforzo

I rinforzi con placcaggi con giunture in acciaio consistono nell’applicazione di profili in acciaio, per collegare muri portanti, riunire parti dissestate, rinforzare elementi in cemento armato e migliorare la resistenza e la stabilità strutturale.

Tale tecnica prevede l’asportazione dell’intonaco, la preparazione del supporto e delle superfici, l’applicazione delle cinture di rinforzo delle giunzioni e la copertura delle stesse.

Si ottiene, così, un sistema di rinforzo correttamente aderente e uniforme. Questa tecnica, infatti, permette di ottenere strutture resistenti, senza essere visivamente invasiva.

Inoltre, è un metodo versatile, in quanto adatto anche per consolidare strutture irregolari.

Ringrossi con incamiciatura in cemento armato (jacketing)

Il ringrosso del cemento armato, detto anche incamiciatura, è una delle tecniche di consolidamento strutturale più utilizzate.

Consiste nell’incremento delle sezioni originarie delle strutture con una camicia di calcestruzzo armato, in modo tale da distribuire meglio i carichi, aumentarne la capacità portante e rinforzare la struttura.

Il ringrosso con incamiciatura viene impiegato per il rinforzo di pilastri, travi con lesioni importanti, ma anche per adeguamenti sismici o nei casi di cambi di destinazione d’uso delle strutture, in quanto è una tecnica che permette di intervenire dalle fondazioni.

L’intervento di incamiciatura prevede:

• la preparazione delle superfici, mediante asportazione delle parti deteriorate, per ottenere una migliore aderenza dei materiali,
• la rimozione del copriferro,
• il posizionamento e fissaggio di armature longitudinali e trasversali, su tutti i lati dell’elemento da rinforzare,
• l’applicazione del nuovo calcestruzzo a ritiro controllato.

Normalmente, i ringrossi sono realizzati con l’impiego di malte da ripristino. Il nuovo calcestruzzo applicato, infatti, va vincolato a quello presente, mediante l’utilizzo di malte e resine epossidiche.

L’incamiciatura incide sulla geometria degli elementi, in quanto ne aumenta le sezioni, ma consente di ottenere un impianto più stabile e resistente.

Qual è il costo del consolidamento delle strutture in cemento armato?

Il costo per il consolidamento e recupero di una struttura in cemento armato è variabile e dipende da diversi fattori, come:

• dimensioni della struttura,
• cause del degrado,
• gravità del danno,
• entità e complessità del progetto e dell’intervento da svolgere,
• tecniche di consolidamento e materiali da impiegare.

Naturalmente, gli interventi necessari per risanare piccoli danni hanno costi inferiori rispetto a quelli necessari per consolidare strutture con danni più importanti e più gravi.

Inoltre, le tecniche più semplici e meno invasive sono più economiche rispetto alle tecniche più avanzate necessarie per interventi più complessi.

Per ottenere un preventivo idoneo, è necessario rivolgersi ad un professionista, che sia in grado di valutare e verificare le condizioni delle strutture e definire gli interventi e le metodologie adatte per il corretto ripristino.

Normative vigenti per il recupero e consolidamento di strutture in cemento armato

Gli interventi di recupero e consolidamento strutturale devono rispettare le normative attualmente in vigore.

In Italia, la normativa principale in materia di consolidamento strutturale è compresa nelle “Norme Tecniche per le Costruzioni” (NTC 2008), secondo le quali il consolidamento di una struttura in cemento armato deve essere effettuata in modo tale da garantire la sicurezza della struttura stessa e la durabilità dei materiali impiegati.

Il consolidamento deve essere progettato da un tecnico qualificato, che deve tener conto delle cause che hanno provocato il degrado strutturale, delle caratteristiche dei materiali impiegati e delle condizioni ambientali.

Nello specifico, le NTC 2008 forniscono indicazioni precise per i diversi tipi di intervento, come:

• consolidamento delle fondazioni,
• consolidamento delle strutture portanti,
• consolidamento delle strutture non portanti.

Italsave esegue tutte le tecniche di rinforzo e consolidamento strutturale, da quelle più tradizionali, come l’incamiciatura in cemento armato o i rinforzi in acciaio, a quelle più moderne come le fibre di carbonio (FRP).

Predispone sia interventi di consolidamento localizzati che interventi completi, partendo dalle fondamenta, per garantire una base solida e stabile per l’intera struttura.

È, inoltre, molto attenta alla scelta dei materiali, delle malte e delle resine impiegati.

È possibile, così, ottenere un impianto più resistente, stabile, sicuro e adeguato alle normative antisismiche vigenti.

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