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Gli ingredienti per il consolidamento di ponti in calcestruzzo

Gli elementi fondamentali che consentono di ottenere risultati positivi e duraturi nel campo della riparazione e del rinforzo di infrastrutture viarie

Quasi tutte le infrastrutture viarie in calcestruzzo armato e/o precompresso realizzate dal dopoguerra fino alla fine degli anni Ottanta mostrano oggi i segni evidenti di degrado per la corrosione delle armature interne. Queste situazioni sono dovute, quasi esclusivamente, ad errori e negligenze in fase di progettazione e costruzione dell’opera.

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  • La rasatura cementizia di spessore millimetrico per riportare copriferro sulle staffe delle travi e dei pilastri è un intervento non duraturo; dopo alcuni anni è destinato a cadere perché il fenomeno di ossidazione dei ferri non è stato bloccato e/o perché la superficie di aggrappo non è stata sufficientemente irruvidita
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    La rasatura cementizia di spessore millimetrico per riportare copriferro sulle staffe delle travi e dei pilastri è un intervento non duraturo; dopo alcuni anni è destinato a cadere perché il fenomeno di ossidazione dei ferri non è stato bloccato e/o perché la superficie di aggrappo non è stata sufficientemente irruvidita
  • La rasatura cementizia di spessore millimetrico per riportare copriferro sulle staffe delle travi e dei pilastri è un intervento non duraturo; dopo alcuni anni è destinato a cadere perché il fenomeno di ossidazione dei ferri non è stato bloccato e/o perché la superficie di aggrappo non è stata sufficientemente irruvidita
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    La rasatura cementizia di spessore millimetrico per riportare copriferro sulle staffe delle travi e dei pilastri è un intervento non duraturo; dopo alcuni anni è destinato a cadere perché il fenomeno di ossidazione dei ferri non è stato bloccato e/o perché la superficie di aggrappo non è stata sufficientemente irruvidita
  • L’intervento di placcaggio con sistema FRCM consiste nell’inserimento di uno o più strati di rete fibrosa all’interno di una malta inorganica a base cementizia o di calce. La rete fibrosa, in funzione del tipo di filamento utilizzato, potrebbe sostenere deformazioni fino al 2%, ma la malta che li avvolge si lesiona a deformazioni che sono circa dieci volte inferiori
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    L’intervento di placcaggio con sistema FRCM consiste nell’inserimento di uno o più strati di rete fibrosa all’interno di una malta inorganica a base cementizia o di calce. La rete fibrosa, in funzione del tipo di filamento utilizzato, potrebbe sostenere deformazioni fino al 2%, ma la malta che li avvolge si lesiona a deformazioni che sono circa dieci volte inferiori
  • L’intervento di placcaggio con sistema FRCM consiste nell’inserimento di uno o più strati di rete fibrosa all’interno di una malta inorganica a base cementizia o di calce. La rete fibrosa, in funzione del tipo di filamento utilizzato, potrebbe sostenere deformazioni fino al 2%, ma la malta che li avvolge si lesiona a deformazioni che sono circa dieci volte inferiori
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    L’intervento di placcaggio con sistema FRCM consiste nell’inserimento di uno o più strati di rete fibrosa all’interno di una malta inorganica a base cementizia o di calce. La rete fibrosa, in funzione del tipo di filamento utilizzato, potrebbe sostenere deformazioni fino al 2%, ma la malta che li avvolge si lesiona a deformazioni che sono circa dieci volte inferiori
  • Quando il degrado delle armature esistenti è molto significativo si deve ricorrere a un’integrazione di  armatura pesante. I placcaggi di lamine di acciaio o di carbonio con incollaggio in zona tesa inducono elevati sforzi di taglio e trazione sul copriferro. Talvolta questi sforzi divengono insostenibili per il conglomerato del copriferro e il risultato reale è una delaminazione fragile del copriferro che avviene a carichi molto inferiori a quelli teorici previsti dal progetto
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    Quando il degrado delle armature esistenti è molto significativo si deve ricorrere a un’integrazione di  armatura pesante. I placcaggi di lamine di acciaio o di carbonio con incollaggio in zona tesa inducono elevati sforzi di taglio e trazione sul copriferro. Talvolta questi sforzi divengono insostenibili per il conglomerato del copriferro e il risultato reale è una delaminazione fragile del copriferro che avviene a carichi molto inferiori a quelli teorici previsti dal progetto
  • L’oscillazione delle travi in presenza di traffico produce l’ingobbamento dei filamenti FRP durante le prime ore dopo la posa, il rinforzo polimerizza in un periodo di tempo molto variabile in funzione della temperatura ambiente. L’ingobbamento dei filamenti provoca una locale perdita di resistenza e rigidezza. Se l’oscillazione è forte e/o lo spessore dell’FRP è elevato i fenomeni di ingobbamento evolvono in una vera e propria delaminazione del rinforzo. In queste situazioni il rinforzo è da sostituire
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    L’oscillazione delle travi in presenza di traffico produce l’ingobbamento dei filamenti FRP durante le prime ore dopo la posa, il rinforzo polimerizza in un periodo di tempo molto variabile in funzione della temperatura ambiente. L’ingobbamento dei filamenti provoca una locale perdita di resistenza e rigidezza. Se l’oscillazione è forte e/o lo spessore dell’FRP è elevato i fenomeni di ingobbamento evolvono in una vera e propria delaminazione del rinforzo. In queste situazioni il rinforzo è da sostituire
  • Il protettivo applicato a protezione può non essere in grado di assorbire l’insorgere di una fessurazione legata a fenomeni ad esempio di ritiro del cls o della malta da ripristino se non di idonea qualità. Se la struttura si fessura e il protettivo si danneggiano, il degrado delle armature di acciaio sottostanti può ripartire perché l’armatura metallica è direttamente esposta al contatto con gli aggressivi dell’ambiente
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    Il protettivo applicato a protezione può non essere in grado di assorbire l’insorgere di una fessurazione legata a fenomeni ad esempio di ritiro del cls o della malta da ripristino se non di idonea qualità. Se la struttura si fessura e il protettivo si danneggiano, il degrado delle armature di acciaio sottostanti può ripartire perché l’armatura metallica è direttamente esposta al contatto con gli aggressivi dell’ambiente
  • Il protettivo applicato a protezione può non essere in grado di assorbire l’insorgere di una fessurazione legata a fenomeni ad esempio di ritiro del cls o della malta da ripristino se non di idonea qualità. Se la struttura si fessura e il protettivo si danneggiano, il degrado delle armature di acciaio sottostanti può ripartire perché l’armatura metallica è direttamente esposta al contatto con gli aggressivi dell’ambiente
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    Il protettivo applicato a protezione può non essere in grado di assorbire l’insorgere di una fessurazione legata a fenomeni ad esempio di ritiro del cls o della malta da ripristino se non di idonea qualità. Se la struttura si fessura e il protettivo si danneggiano, il degrado delle armature di acciaio sottostanti può ripartire perché l’armatura metallica è direttamente esposta al contatto con gli aggressivi dell’ambiente
  • Le preparazioni superficiali del supporto devono spingersi a creare macro ruvidità dove il getto di ripristino trova intima compenetrazione: supporto tal quale, supporto idrolavato, supporto sabbiato, supporto idroscarificato e supporto meccanicamente scarificato
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    Le preparazioni superficiali del supporto devono spingersi a creare macro ruvidità dove il getto di ripristino trova intima compenetrazione: supporto tal quale, supporto idrolavato, supporto sabbiato, supporto idroscarificato e supporto meccanicamente scarificato
  • La propagazione del segnale ultrasonico tra supporto e ripristino si modifica sostanzialmente in funzione dell’intima connessione che si riesce a realizzare, il miglior segnale si raggiunge con l’idroscarifica
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    La propagazione del segnale ultrasonico tra supporto e ripristino si modifica sostanzialmente in funzione dell’intima connessione che si riesce a realizzare, il miglior segnale si raggiunge con l’idroscarifica
  • L’intonaco di risanamento o di ripristino: è necessario stabilire voci di prezzo e prescrizioni chiare per i materiali di ripristino
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    L’intonaco di risanamento o di ripristino: è necessario stabilire voci di prezzo e prescrizioni chiare per i materiali di ripristino
  • Dopo lo scassero, il pilastro ringrossato può essere verificato con indagine ultrasonica. La velocità di propagazione, l’energia dispersa lungo il percorso e l’analisi della forma d’onda permette di capire se vi siano vuoti, lesioni, distacchi di interfaccia. Tale indagine può essere impiegata per la verifica in corso d’opera: è un metodo essenzialmente comparativo; occorrono pertanto misure preliminari al rinforzo per poter giudicare la bontà del successivo ringrosso
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    Dopo lo scassero, il pilastro ringrossato può essere verificato con indagine ultrasonica. La velocità di propagazione, l’energia dispersa lungo il percorso e l’analisi della forma d’onda permette di capire se vi siano vuoti, lesioni, distacchi di interfaccia. Tale indagine può essere impiegata per la verifica in corso d’opera: è un metodo essenzialmente comparativo; occorrono pertanto misure preliminari al rinforzo per poter giudicare la bontà del successivo ringrosso
  • Il controllo e di adesione di tessuti FRP: le anomalie di adesione e di impregnazione sono sempre presenti; quando però divengono significativamente estese, richiedono un intervento di rifacimento. Le prove di pull-off servono proprio al controllo in corso d’opera
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    Il controllo e di adesione di tessuti FRP: le anomalie di adesione e di impregnazione sono sempre presenti; quando però divengono significativamente estese, richiedono un intervento di rifacimento. Le prove di pull-off servono proprio al controllo in corso d’opera

Dettagli importanti come un adeguato copriferro, la compattezza delle superfici di calcestruzzo e la corretta posa delle armature sono stati trascurati nella fase di costruzione. Il risultato di questa negligenza non è solo la necessità di dover intervenire ad una riparazione (con i relativi costi associati), ma anche quella di investire risorse nelle attività di controllo e monitoraggio per comprendere l’evoluzione dello stato di salute, le zone su cui intervenire e le tempistiche per la programmazione degli interventi.

Esiste inoltre un ulteriore costo associato relativo alla necessità di formare i Tecnici Progettisti, i Direttori Lavori e le Maestranze su metodi di riparazione e rinforzo che siano realmente efficaci e duraturi.

La riparazione della precedente riparazione è, infatti, una situazione che non si vorrebbe mai incontrare, ma che purtroppo si verifica abbastanza frequentemente. In questa memoria si vuole ragionare, impiegando semplici casi, su quali siano gli ingredienti principali che permettano di ottenere risultati positivi e duraturi nel campo della riparazione e del rinforzo di infrastrutture viarie.

Gli obiettivi

In primo luogo è necessario definire con chiarezza quali siano i tre principali obiettivi da raggiungere con la progettazione e l’intervento:

  • garantire la durabilità dell’intervento di riparazione/rinforzo;
  • calmierare o, possibilmente, azzerare il degrado del supporto;
  • ottenere la capacità resistiva richiesta con un definito livello deformativo associato.

Sono molteplici le strade che si possono percorrere, ma poche sono quelle che raggiungono realmente tutti e tre gli obiettivi.

Il nuovo copriferro è a rischio di distacco nel medio periodo; sebbene gli ingredienti utilizzati possano potenzialmente raggiungere gli obiettivi la loro messa in opera non è sufficientemente curata, quindi la strada intrapresa non garantisce la durabilità dell’intervento. Altri esempi di insuccesso sono le rasature millimetriche riportate su calcestruzzo non sufficientemente irruvidito. In questo caso, si è pensato di coprire il degrado esistente con una rasatura cementizia di alcuni millimetri di spessore, risultato esteticamente ineccepibile ma non duraturo.

In altre situazioni si decide invece di intervenire con materiali non compatibili con il supporto, o peggio, di applicare prodotti, magari ad elevate prestazioni, ma che richiedono campi deformativi così elevati che il supporto non è in grado di sostenere: il risultato è che il supporto si lesiona o si spacca ben prima che il rinforzo raggiunga la sua completa capacità resistiva. 

Il risultato è la totale fessurazione della malta con l’esposizione delle armature interne alla diretta aggressione ambientale. L’intervento così concepito non garantisce il requisito della durabilità. In alternativa è possibile ridurre fortemente il regime deformativo di lavoro, ma così facendo il costo del prodotto aumenta e l’applicazione diventa economicamente non conveniente rispetto ad altre tecniche disponibili e maggiormente sperimentate. 

Un’altra classica situazione è quella di intervenire incuranti dei fattori ambientali tra i quali sono particolarmente frequenti e pericolosi le vibrazioni e la temperatura. Negli interventi di riparazione di travi e/o solette da ponte è purtroppo prassi frequente quella di svolgere l’intervento su metà impalcato lasciando il resto aperto al traffico. La conseguenza è che il ripristino ed il rinforzo si vengono a trovare, durante la stagionatura dei prodotti, in presenza di movimenti e di oscillazioni che inducono microfratture all’interfaccia: se l’azione vibratoria è sufficientemente ampia e frequente, le microfratture convergono in lesioni più aperte e profonde fintanto che si raggiunge il completo distacco del ripristino.

Gli effetti del ritiro e delle deformazioni termiche sono quasi sempre trascurate nel progetto, ma divengono molto decisive per elementi strutturali esili e poco armati.

Circa dieci anni dopo il getto si osservano lesioni passanti subverticali ogni 60-70 cm di interasse. Gli stati fessurativi vengono spesso trascurati, comunemente si attua la stesa di un protettivo a forte azione coprente, magari con risorse di elasticità in trazione molto elevate. Ma esiste una forte differenza tra deformabilità ed allungamento.

La prima si riferisce ad uno stato deformativo distribuito su una porzione più o meno ampia di materiale, il secondo rappresenta un campo di spostamento locale. Le casistiche illustrate sono frequenti, anche se non immediatamente identificabili con osservazione visiva: serve una indagine strumentale che, spesso, in cantiere non viene eseguita. Cosa fare allora? Non esiste un’unica ricetta, ma sarebbe già un buon passo se si adottassero, sia in fase di progetto sia nella fase di cantiere, una serie di ingredienti utili ad evitare potenziali cause di insuccesso. Vediamo nel seguito alcuni di questi ingredienti basandoci sulla nostra personale esperienza ventennale in questo settore.

Gli ingredienti
Il primo ingrediente

Il primo ingrediente per ottenere un valido intervento di riparazione/rinforzo è quello di formare una buona squadra di esperti e metterli in grado, con una serie di prove e sondaggi preliminari al progetto, di definire compiutamente lo “stato di salute” dell’opera. In termini più concreti, il Progettista e il suo Team devono poter osservare da vicino la struttura, leggere lo stato fessurativo, verificare le ragioni del degrado e definire quale possa essere il coefficiente di sicurezza rimasto nei confronti dei carichi esterni.

Il secondo ingrediente

Il secondo ingrediente è la raccolta e l’archiviazione dei disegni strutturali e la costruzione di un “manuale dell’opera” che ne conservi la sua storia, l’evoluzione del quadro fessurativo, le prove sperimentali condotte nel passato e quanto altro possa essere attinente con la tenuta strutturale del manufatto.

Questa buona pratica è stata spesso trascurata nel passato anche recente e solo da poco si è acquisita maggior consapevolezza di questo importante fattore. Purtroppo molti disegni e relazioni di calcolo non si trovano più e chi deve intervenire nella progettazione di un intervento di rinforzo deve ripartire da capo inserendo ulteriori possibilità di errore nella redazione del progetto.

A causa di questa mancanza nascono, talvolta, progetti basati su ipotesi molto a favore di sicurezza, con la conseguenza di un elevato costo dell’intervento quando, nella realtà delle cose, sarebbero bastate risorse economiche inferiori.

Il terzo ingrediente

Il terzo ingrediente è garantire la durabilità dell’intervento di riparazione/rinforzo. Nella fase progettuale si devono anche formulare scelte sui materiali della riparazione; essi devono possedere caratteristiche di durabilità maggiori di quelle della struttura su cui si interviene, altrimenti si rischia di realizzare un intervento bello da vedere, ma che poi fallisce rivelandosi inefficace dopo poco tempo. Nella Letteratura internazionale si individuano due parametri fisici che garantiscono la durabilità di un intervento di riparazione di una struttura in calcestruzzo armato: il materiale di nuovo apporto deve possedere elevata compattezza ed impermeabilità. Gli agenti aggressivi non potranno quindi introdursi nell’elemento strutturale e raggiungere il materiale originario per continuare ad aggredirlo. Compattezza e impermeabilità sono strettamente legate alla capacità non fessurativa della riparazione. Una malta di ripristino che si lesiona per ritiro o per essiccamento o per deformazione termica non garantisce durabilità nell’intervento di riparazione.

Il quarto ingrediente

Il quarto ingrediente è garantire una adeguata capacità resistiva, legata non solo alla scelta del materiale di rinforzo, ma anche al raggiungimento di una adeguata adesione al supporto. Si devono quindi ottenere le seguenti condizioni ottimali: 

  • l’adesione al supporto della malta di ripristino;
  • l’adesione tra armatura di rinforzo e malta di ripristino;
  • la compatibilità termica.