Una predeformazione efficace vicina allo 0,4‰, ottenuta semplicemente riscaldando la barra di rinforzo a circa 70 °C: è il risultato quantitativo attorno al quale ruota lo studio di Yannik Schwarz, David Sanio e Peter Mark, pubblicato su CivilEng con doi 10.3390/civileng6030049. L’oggetto della ricerca è il rinforzo a flessione di solette in calcestruzzo armato mediante pretensione termica delle barre aggiunte, verificato con prove sperimentali condotte su travi.
Il problema di partenza riguarda tutti gli interventi sul costruito. Nel calcestruzzo armato il peso proprio incide per circa il 70% sul carico totale, e le misure di rinforzo convenzionali, applicate a struttura già in esercizio, non sono efficaci rispetto a quella quota. Il loro effetto sulla capacità portante complessiva ne risulta quindi contenuto.
Perché il peso proprio condiziona i rinforzi convenzionali
Quando un elemento esistente viene rinforzato a flessione, la barra aggiunta trova la zona tesa già sollecitata dai carichi che agiscono da tempo. Il suo contributo si manifesta con i carichi subentranti dopo l’intervento, mentre il peso proprio, che nelle strutture in calcestruzzo armato si attesta intorno al 70% del totale, continua a essere portato dalla sezione esistente. L’incremento di capacità complessiva dei provvedimenti tradizionali resta per questo limitato.
Il meccanismo della pretensione termica delle barre aggiunte
La sequenza operativa parte dagli alloggiamenti ricavati nella zona tesa, nei quali vengono inserite le barre di rinforzo. Queste vengono riscaldate dall’esterno e la dilatazione termica le allunga; il materiale di riempimento, disposto attorno alle barre, indurisce in questa configurazione dilatata. Quando ha inizio il raffreddamento, l’aderenza al riempimento ormai indurito impedisce alla barra di riprendere la lunghezza iniziale: l’allungamento residuo si converte in una forza di pretensione.
La forza così generata contrasta i carichi permanenti e riduce la trazione nella zona tesa esistente. È questo passaggio a rendere le barre aggiunte efficaci nei confronti del peso proprio, un obiettivo che il rinforzo convenzionale, per come si attiva, di norma non raggiunge.
Il programma sperimentale: rinforzo sotto carico e due riferimenti
L’efficacia del metodo è stata verificata sia allo stato limite di esercizio sia allo stato limite ultimo. La prova principale riguarda una trave in calcestruzzo armato rinforzata mentre è sotto carico mediante una barra addizionale pretensionata termicamente, la condizione tipica di un intervento su opera esistente.
Intorno a questa prova, due riferimenti delimitano l’intervallo di valutazione:
- una trave non rinforzata, che caratterizza il limite inferiore di capacità portante;
- una trave con la stessa quantità di armatura della trave rinforzata, ma con barre interamente installate in fase di getto, che fa da riferimento superiore.
Tutti gli elementi sono stati caricati fino alla rottura a flessione. Il confronto si sviluppa sul comportamento portante, sulla freccia, sull’evoluzione della fessurazione e sulle deformazioni misurate sia nelle armature originarie sia nella barra aggiunta.
Risultati: predeformazione, fessurazione e carico ultimo
Nella trave rinforzata la barra pretensionata termicamente ha raggiunto una predeformazione efficace di circa 0,4‰, con riscaldamento a circa 70 °C. La forza di pretensione e la compressione che ne consegue riducono le fessure da trazione di circa il 45% e aumentano la rigidezza dell’elemento. Quanto alla capacità ultima, la trave rinforzata raggiunge il carico massimo del riferimento superiore, la trave con armatura completa disposta in getto, fermando con una freccia inferiore di circa il 33%.
| Grandezza | Valore |
|---|---|
| Predeformazione efficace della barra aggiunta | ≈ 0,4‰, con riscaldamento a circa 70 °C |
| Riduzione delle fessure da trazione | ≈ 45% |
| Freccia a carico massimo rispetto al riferimento superiore | ≈ 33% in meno |
| Efficacia della pretensione aggiuntiva del riempimento | fino a circa il 20% della capacità portante |
Il contributo del riempimento e il suo limite d’azione
Il materiale di riempimento non resta inerte. Anche questo materiale si dilata con la temperatura e genera una forza di pretensione aggiuntiva, che mantiene la sua efficacia fino a circa il 20% della capacità portante. Oltre questa soglia il riempimento comincia a fessurare e il suo effetto decresce.
La predeformazione della barra di rinforzo, invece, permane fino al carico massimo. Sul versante della rottura è quindi la pretensione della barra, non quella del riempimento, a restare attiva nell’ultimo tratto della risposta dell’elemento.
La campagna copre così entrambi i versanti della verifica di un rinforzo, esercizio e rottura, e separa i due contributi: quello della barra pretensionata, che perdura fino alla capacità massima, e quello del riempimento, che si esaurisce oltre una frazione limitata del carico ultimo. Un quadro numerico che interessa in particolare le verifiche di esercizio, dove fessurazione e freccia condizionano l’efficacia dell’intervento.
Yannik Schwarz, David Sanio, Peter Mark, Experimental Study of the Effectiveness of Strengthening Reinforced Concrete Slabs with Thermally Prestressed Reinforcement, CivilEng, Vol. 6, Pages 49, doi: 10.3390/civileng6030049.
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