Rinforzo sismico di nodi trave-colonna in c.a.: test su connettori a Π per edifici esistenti
La vulnerabilità sismica degli edifici esistenti in calcestruzzo armato è un problema riconosciuto a livello internazionale, particolarmente acuto per il patrimonio costruito in Cina, dove molte strutture realizzate prima dell’adozione delle moderne normative antisismiche presentano carenze significative. Una recente ricerca sperimentale e numerica ha analizzato una tecnica di rinforzo rapido per nodi trave-colonna, basata su un connettore metallico a forma di Π, pensata per interventi su telai esistenti senza demolizione del nucleo di calcestruzzo.
Il nodo critico e la soluzione proposta
Il giunto trave-colonna rappresenta un punto debole nei telai in c.a. soggetti ad azioni sismiche. La soluzione oggetto dello studio prevede l’applicazione di piastre d’acciaio avvolte attorno ai pilastri esistenti, alle quali vengono saldati connettori a forma di Π. Questi connettori fungono da collegamento tra le piastre e le nuove armature longitudinali delle travi, consentendo di trasferire le sollecitazioni senza intervenire direttamente sul calcestruzzo del nodo.
La sperimentazione ha riguardato un provino di riferimento, non rinforzato, e tre provini rinforzati con la medesima geometria ma differenti dettagli costruttivi. Le prove di carico ciclico quasi-statico hanno messo in luce comportamenti differenziati. Due dei tre campioni rinforzati (denominati JGJ1 e JGJ2) hanno mostrato carichi di picco inferiori rispetto al provino di riferimento. Il terzo campione (JGJ3) ha invece registrato un incremento del carico massimo del 9,8% e un aumento di quasi tre volte dell’energia dissipata cumulativa.
Meccanismo di rottura e preservazione del nucleo
Un aspetto rilevante emerso dalle prove è la transizione del modo di collasso. Nel provino non rinforzato si è osservata una rottura fragile del calcestruzzo nella zona del nodo. Nei campioni rinforzati, invece, il cedimento si è manifestato principalmente attraverso la frattura delle saldature e la rottura dei bulloni, mentre il calcestruzzo del nucleo è rimasto sostanzialmente integro. Questo comportamento indica che il sistema di connettori a Π è in grado di allontanare le sollecitazioni dalla zona più vulnerabile, proteggendo il calcestruzzo esistente.
Modellazione numerica e parametri influenti
Per estendere i risultati sperimentali, è stato sviluppato un modello agli elementi finiti convalidato sui dati di laboratorio. L’analisi parametrica ha esaminato l’effetto di vari fattori: numero di bulloni, dimensioni di travi e pilastri, classe di resistenza del calcestruzzo e spessore delle piastre d’acciaio. I risultati indicano che l’incremento dell’altezza della trave da 400 mm a 450 mm produce il miglioramento più significativo, con un aumento del carico di picco fino al 15,59% rispetto al modello parametrico di base.
La configurazione che ha mostrato le prestazioni sismiche più favorevoli prevede un calcestruzzo per pilastri di classe C50, calcestruzzo per travi di classe C40, piastre d’acciaio e connettori di spessore 6 mm, e l’impiego di otto bulloni di collegamento.
Implicazioni per la pratica del rinforzo strutturale
La soluzione basata su connettori a Π si configura come una potenziale alternativa per il rafforzamento sismico di telai in c.a. esistenti, in particolare quando si desidera limitare gli interventi sul calcestruzzo esistente e ridurre i tempi di esecuzione. Il professionista incaricato della progettazione del rinforzo dovrà tuttavia valutare con attenzione la geometria della sezione, la resistenza dei materiali in opera e il numero di connettori, poiché lo studio evidenzia che non tutte le configurazioni garantiscono un incremento delle prestazioni rispetto alla struttura non rinforzata. La modellazione numerica, se adeguatamente calibrata, può fornire indicazioni utili per ottimizzare il dimensionamento prima dell’intervento in cantiere.
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