IL CONSOLIDAMENTO DI STRUTTURE ESISTENTI IN CALCESTRUZZO ARMATO: UN CASO PRATICO

Ing. Carlo Piotti

L’intervento descritto nel seguito, eseguito su di un ponte esistente in calcestruzzo armato sito in Provincia di Brescia, porta all’attenzione il settore del consolidamento strutturale di manufatti esistenti in calcestruzzo armato, a seguito del degrado sub�to nel corso dei decenni del loro esercizio. Va sottolineata l’importanza e la sempre crescente attualit� di tale argomento, data la presenza sul territorio di innumerevoli strutture in calcestruzzo armato in et� ormai avanzata, spesso addirittura superiore alla vita utile per la quale erano state progettate e realizzate. I molti casi, il loro stato di fatto denuncia un evidente livello di degrado, causato dall’esposizione ad agenti aggressivi, atmosferici e/o antropici, che ne hanno sensibilmente ridotto l’efficienza strutturale; complici di questo fenomeno, l’assenza di manutenzioni programmate (ora per� obbligatorie secondo il D.M. 14-01-2008, “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni”), e a volte, purtroppo, errori nella progettazione originale o nell’esecuzione dell’opera. Altro caso comune � l’ovvia non rispondenza delle opere pi� datate agli odierni requisiti di sicurezza, come da norme vigenti. Pu� dunque rendersi necessario un adeguamento strutturale, spesso anche semplicemente volto ad aumentare la capacit� portante del manufatto (o di sue parti) per soddisfare nuove esigenze d’uso. In questo contesto si inserisce anche l’adeguamento antisismico, sempre pi� necessario per raggiungere standards di sicurezza pi� elevati ed attuali. Inutile quindi sottolineare la vastit� delle applicazioni di tali consolidamenti, anche nell’ottica di un mercato in cui vi � sempre maggiore difficolt� a costruire nuove opere (per motivi sia economici che geografici e logistici), e viceversa vi � una costante necessit� di mantenere efficiente un patrimonio esistente sempre pi� vasto. Ancor pi�, se le opere da mantenere non possono essere in alcun modo demolite, per via della loro importanza strategica (caso tipico delle opere viarie), e devono quindi rimanere funzionali anche durante le opere di manutenzione o consolidamento.

L’intervento qui presentato, eseguito dall’impresa Olli Scavi per conto della Provincia di Brescia, sotto la direzione dell’Arch. Giovan Maria Mazzoli e del Geom. Pietro Bondoni, ha visto il consolidamento di un ponte in calcestruzzo armato realizzato pi� di mezzo secolo fa completamente in opera. Tale ponte presenta 5 travi longitudinali principali (due di bordo e tre centrali), poggianti su spalle di estremit� (pareti in C.A.) e su due appoggi intermedi (pilastri), a formare luci di 4, 12 e 4 metri circa. Tali travi, ribassate rispetto alla soletta carrabile, presentano intradossi inclinati in corrispondenza degli appoggi intermedi, e sono collegate da traversi anch’essi ribassati fuori spessore di soletta. Le due file di pilastri sono ciascuna collegata a circa met� altezza da un traverso di collegamento, e trasferiscono i carichi su fondazioni continue (travi rovesce).

Imm.1 – Ammaloramento delle travi principali

Imm.2 – Deterioramento dei pilastri (nella fotografia: il pilastro Sud-Ovest)

Imm.3 – Difetti costruttivi: assenza di staffe in corrispondenza del nodo trave-pilastro (nella fotografia: il pilastro Sud-Ovest)

Imm.4 – Pilastro Nord-Ovest con evidenti residui calcarei dovuti a ruscellamento superficiale d’acqua

Imm.5 – Deterioramento dell’intradosso di una delle travi centrali

Imm.6 – Spalla Sud: evidente dissesto, dovuto anche ad imperizia realizzativa

Lo stato in cui versava la struttura, come risulta evidente dalle immagini sopra riportate, era tale da pregiudicarne la capacit� di sopportare anche solo i carichi di esercizio, e dunque la sicurezza. Il calcestruzzo presentava evidenti segni di degrado, con perdita di intere porzioni di copriferro ed esposizione dei ferri d’armatura (ancora del tipo liscio con uncini di estremit� per garantirne l’ancoraggio); questi risultavano anch’essi profondamente ammalorati, in stato di ossidazione avanzata, con riduzione delle sezioni utili per pitting (corrosione localizzata) e spesso anche con perdita degli ancoraggi. Tutto ci� � stato causato, nel corso dei decenni, dall’assenza di impermeabilizzazione all’estradosso della soletta carrabile (e dunque da costanti infiltrazioni d’acqua), nonch� dall’azione dei sali disgelanti sulle porzioni della struttura pi� esposte. Non a caso, mentre le zone esposte hanno mostrato evidenti segni di sofferenza, le parti pi� coperte e protette (ad esempio i pilastri centrali) hanno mantenuto un’integrit� quasi perfetta. Va ricordato che, nella pratica del secondo dopo guerra, non si usava impermeabilizzare le solette in calcestruzzo armato perch� era convinzione diffusa che il calcestruzzo stesso fosse di per s� stesso impermeabile; convinzione poi smentita col tempo: il nudo calcestruzzo, eccezion fatta per un breve periodo iniziale successivo alla sua maturazione, e salvo particolari accorgimenti da applicarsi al dosaggio di cemento ed alla curva granulometrica degli aggregati, non � impermeabile; ci�, a causa della sua intrinseca porosit�, della micro-fessurazione da ritiro viscoso o della macro-fessurazione da dilatazione termica o da sollecitazione meccanica.

L’intervento � stato progettato ed eseguito con le seguenti finalit�: riportare il ponte in condizioni di sicurezza, garantendone la capacit� portante e migliorandone il comportamento in caso di sisma; ampliarne una porzione in lato Est, con la realizzazione di un marciapiedi protetto collegato ai tratti esistenti pi� a monte e a valle; mettere ulteriormente in sicurezza il traffico veicolare, realizzando delle barriere bordo ponte su entrambi i lati della carreggiata; consentire l’attraversamento veicolare del ponte per tutta la durata dei lavori, seppur su di una corsia sola e quindi con percorrenza a senso alternato, nonch� con limite di portata ridotto durante le fasi di intervento pi� delicate. L’intervento ha oltretutto consentito di ampliare la larghezza utile della carreggiata di circa 20cm.

Al fine di ottenere tutto ci�, si � studiato l’utilizzo combinato di due tecniche: da una parte, il consolidamento lato calcestruzzo, con l’adozione di prodotti specifici per il suo trattamento (sgrassanti, impermeabilizzanti/consolidanti, atti a garantire l’aderenza tra diversi layer, ecc.), finalizzati ad ottenere alte prestazioni meccaniche, di resistenza ambientale o di durabilit�; dall’altra, il consolidamento lato acciaio, con operazioni di risanamento e ripristino dell’armatura esistente, ed integrazione della stessa per mezzo di CFRP (“Carbon Fiber Reinforced Polymer”, ovvero polimeri rinforzati con fibre di carbonio) e di nuove armature sia interne che esterne. In particolare, le fibre di carbonio hanno consentito il consolidamento flessionale degli intradossi delle travi principali ed il confinamento di tutti i pilastri. Le armature aggiuntive sono state invece poste in opera all’estradosso delle travi principali, all’interno di una nuova cappa collaborante di calcestruzzo sovrastante quella esistente (con molteplici funzioni: consolidamento flessionale delle travi – per assorbirne i momenti negativi –, aumento della rigidezza dell’impalcato – e dunque controllo delle deformazioni –, ripartizione dei carichi); altre armature aggiuntive sono state utilizzate per provvedere al rinforzo a taglio delle travi principali, non potendo chiaramente utilizzare le fibre di carbonio a tale scopo. Sono state cos� approntate nuove staffe esterne, in sostituzione di quelle esistenti (gi� di per s� carenti ed oltretutto, nella quasi totalit� dei casi, deteriorate), realizzate per mezzo di barre d’acciaio verticali filettate, accoppiate con piastre di contrasto e dadi di chiusura ad alta

resistenza. Il tutto, trattandosi di elementi esterni, con trattamento protettivo di zincatura a freddo e successiva posa di uno strato di intonaco a base cementizia per ulteriore protezione. Si � anche provveduto a bloccare i dadi di chiusura (serrati con chiave dinamometrica per garantire la corretta coppia di serraggio) per impedirne lo svitamento nel tempo ad opera delle vibrazioni da traffico veicolare; a tal fine, si � adottata una specifica colla ad alta resistenza, applicata sulle porzioni di filetto su cui sono stati serrati i dadi. Ulteriori opere di consolidamento sono state eseguite sulle spalle del ponte (per mezzo di sottomurazioni, in alcuni tratti tali da ricostituire per intero la spalla; ci� � stato necessario soprattutto in corrispondenza della spalla Sud, particolarmente deficitaria) e sul fondo del torrente attraversato dal ponte (opere di regimentazione delle acque).

In definitiva, si sono studiate soluzioni tecniche atte a fornire le prestazioni volute, adottando tecniche pi� tradizionali laddove le fibre di carbonio non offrivano benefici o non potevano essere utilizzate (come nei casi, rispettivamente, del controllo delle deformazioni o nella realizzazione delle staffe esterne per il consolidamento a taglio delle travi principali). Tutti i calcoli e le verifiche, relativi sia alla struttura esistente (capacit� portanti, resistenze e comportamenti strutturali pre-intervento), sia alla struttura consolidata (prestazioni finali ottenute per interazione tra le capacit� preesistenti ed i contributi aggiuntivi apportati dai nuovi elementi strutturali), sono stati condotti in osservanza alla normativa vigente ed alla letteratura tecnica in materia.

Di seguito, alcune immagini scattate durante le operazioni di consolidamento, ed alcuni estratti degli esecutivi strutturali (All. A, B, C e D). Dalle immagini sono ben visibili le operazioni di pulizia delle armature esistenti (sia meccanica – sabbiatura –, sia per mezzo di inibitori chimici dell’ossidazione) – Imm.7, di sgrassatura del calcestruzzo (per rimuoverne le impurit� accumulate nel corso degli anni) – Imm.8, di ripristino dei nuovi layer superficiali per mezzo di calcestruzzo ad alta capacit� di adesione (grazie ad appositi additivi e composizione dell’impasto) – Imm.9-10-11-12; sono altres� visibili le armature della nuova cappa collaborante estradossale – Imm.13-14-15, gli strati di CFRP applicati agli intradossi delle travi principali ed ai pilastri – Imm.16-17-18, ed infine il complesso delle staffe esterne atte al consolidamento a taglio delle travi principali – Imm.19-20-21.

Imm.7 – Barre d’armatura esistenti in fase di pulizia con sabbiatrice

Imm.8 – Barre d’armatura esistenti in fase di pulizia e sgrassatura

Imm.9 – Ricostituzione del layer di calcestruzzo intradossale delle travi principali

Imm.10 - Ricostituzione del layer di calcestruzzo intradossale delle travi principali

Imm.11 - Ricostituzione del layer di calcestruzzo intradossale delle travi principali

Imm.12 - Ricostituzione del layer di calcestruzzo dei pilastri

Imm.13 – Nuova cappa collaborante, al di sopra della soletta esistente, e trave di bordo Est

Imm.14 - Nuova cappa collaborante, al di sopra della soletta esistente

Imm.15 - Nuova cappa collaborante, al di sopra della soletta esistente

Imm.16 – CFRP su intradosso travi e staffe esterne

Imm.17 – CFRP su pilastro

Imm.18 - CFRP su travi e pilastri e staffe esterne

Imm.19 - CFRP su travi e pilastri e staffe esterne

Imm.20 - CFRP su travi e pilastri e staffe esterne

Imm.21 - CFRP su travi e pilastri e staffe esterne

A seguire, alcune immagini relative all’ultimazione dei lavori, con la protezione superficiale degli interventi eseguiti per mezzo di layer di intonaco strollato a base cementizia, applicato in due mani con additivo atto a garantirne l’aderenza con la sottostruttura.

Imm.22 – Layer protettivo finale (intonaco strollato a base cementizia)

Imm.23 - Layer protettivo finale (intonaco strollato a base cementizia)

Imm.24 - Layer protettivo finale (intonaco strollato a base cementizia)

Imm.25 - Layer protettivo finale (intonaco strollato a base cementizia)