Analisi del degrado del calcestruzzo - aspetti normativi e procedure pratiche di intervento secondo le NTC 2018 di un intervento locale (espulsione del copriferro di elementi strutturali) di

In caso di degrado del calcestruzzo di parti limitate di elementi strutturali (per esempio: degrado corticale del calcestruzzo con espulsione del copriferro con i ferri a vista), l’intervento di ripristino da eseguire, secondo la valutazione della sicurezza (NTC 2018):

  • non dovrà cambiare significativamente il comportamento globale della costruzione
  • dovrà ripristinare, rispetto alla configurazione precedente al danno, le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate;
  • dovrà migliorare le caratteristiche di resistenza e/o di duttilità di elementi o parti, anche non danneggiati;
  • dovrà impedire meccanismi di collasso locale;
  • potrà modificare solo un elemento o una porzione limitata della struttura.
ASPETTI NORMATIVI

Secondo Ciao le recenti NTC 2018, l’intervento di rispristino in oggetto, poiché riferibile ad una porzione limitata della costruzione (parte corticale dei pilastri), è definibile come “intervento locale”; pertanto, l’intervento deve essere preceduto dalla “valutazione della sicurezza” volta a determinare l’entità delle azioni che la struttura è in grado di sostenere con il livello di sicurezza minimo richiesto dalla normativa.

La valutazione della sicurezza dovrà permettere di stabilire se:

    l’uso della costruzione possa continuare senza interventi;
    l’uso debba essere modificato (declassamento, cambio di destinazione e/o
    imposizione di limitazioni e/o cautele nell’uso);
    sia necessario aumentare la sicurezza strutturale, mediante interventi.

Per la redazione della valutazione della sicurezza si dovrà procedere ad:

– ANALISI STORICO-CRITICA: ai fini di una corretta individuazione del sistema strutturale e del suo stato di sollecitazione si dovrà ricostruire il processo di realizzazione e le successive modificazioni subite nel tempo dalla costruzione,

nonché gli eventi che l’hanno interessata.

o Ricerca di elaborati progettuali (presso uffici o archivi comunali/regionali); o Raccolta di testimonianze dei proprietari o delle maestranze che hanno

lavorato alla costruzione dell’opera;

o Verifica della classe di esposizione ambientale cui è soggetto il fabbricato.

– RILIEVO: il rilievo geometrico-strutturale sarà riferito alla geometria complessiva, sia della costruzione, sia degli elementi costruttivi, comprendendo i rapporti con le eventuali strutture in aderenza. Il rilievo dovrà individuare l’organismo resistente della costruzione, tenendo anche presenti la qualità e lo stato di conservazione dei materiali e degli elementi costitutivi. Dovranno altresì essere rilevati i dissesti, in atto o stabilizzati, ponendo particolare attenzione all’individuazione dei quadri fessurativi e dei meccanismi di danno.

o rilievo delle dimensioni della sezione trasversale e dell’altezza dei pilastri;

o rilievo delle dimensioni della sezione trasversale e della lunghezza delle travi; o rilievo della geometria e dell’interasse dei telai;

o verifica dell’esistenza di telai secondari;

o rilievo della geometria dei pannelli di solaio;

o rilievo dei nodi trave-solaio;

o rilievo della tipologia e delle dimensioni della muratura;

o rilievo visivo dello stato di conservazione di tutti gli elementi strutturali.

– CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI: per conseguire un’adeguata conoscenza delle caratteristiche dei materiali e del loro degrado, ci si baserà sulla documentazione già disponibile, su verifiche visive in situ e su indagini sperimentali. Le indagini dovranno essere motivate, per tipo e quantità, dal loro effettivo uso nelle verifiche.

VERIFICHE LIMITATE

o Prelievo di n. 1 provino di cls. per 300 m2 di piano dell’edificio, 1 campione di armatura per piano dell’edificio.

I campioni di calcestruzzo saranno estratti mediante carotaggio, e successivamente oggetto di esecuzione di prove di laboratorio. I campioni devono essere prelevati dagli elementi strutturali gettati in opera. Si vieta categoricamente il carotaggio dei pilastri dei telai principali che, a causa dell’esiguità della sezione, potrebbe portare a conseguenze disastrose. I prelievi di campioni dovranno essere effettuati solo da elementi caratterizzati da modeste sollecitazioni, ovvero da zone marginali di travi o, ancora meglio, da travi secondarie, se presenti. Per quanto riguarda gli elementi portanti verticali, si possono carotare solo eventuali setti di grandi dimensioni, vista la modesta necessità di resistenza ad azioni orizzontali. Si esclude anche il prelievo di campioni da elementi di solaio, sia perché si considera sufficientemente affidabile il calcestruzzo di prodotti prefabbricati, sia perché la geometria di tali manufatti rende impossibile l’estrazione di provini dotati di geometria regolare. La posizione dei prelievi dovrà comunque essere concordata preventivamente.

Il diametro delle carote dovrebbe essere pari a 100 mm; in presenza di difficoltà di natura pratica, si possono prelevare campioni con diametro ridotto, preferibilmente maggiore di 75 mm. E’ opportuno che il rapporto lunghezza / diametro dei provini sia pari a due; anche in questo caso si possono adottare valori minori di questo parametro, ma non inferiori ad 1. Il prelievo dei campioni deve essere effettuato nel rispetto delle prescrizioni contenute all’interno della norma UNI EN 12504-1:2009. Sulle carote deve poi essere effettuata la prova di compressione, per la quale vale sempre la stessa norma, la misurazione della massa volumica (UNI EN l2390-7:2009) e la determinazione della profondità di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo (UNI 9944:1992).

o Determinazione dell’indice sclerometrico, da eseguire nel rispetto delle modalità prescritte nella norma UNI EN 12504-2:2001 e nella relativa errata corrige 1-2010. Questa prova deve essere effettuata preventivamente in tutte le zone nelle quali si procede al prelievo di carote di calcestruzzo; oltre a queste aree devono essere indagati anche altri punti, alcuni dei quali appartenenti a pilastri e altri alle travi.

o Determinazione della velocità di propagazione degli impulsi ultrasonici (UNI 12504-4:2005), da eseguire in tutti i punti in cui si effettua la prova sclerometrica. È fondamentale effettuare esattamente nello stesso posto la misurazione dell’indice di rimbalzo e della velocità delle onde ultrasonore; in tal modo si può compiere una stima della resistenza meccanica del calcestruzzo per via indiretta. Il numero di controlli della velocità di propagazione delle onde ultrasonore è almeno pari a quello utilizzato per la determinazione dell’indice sclerometrico.

o Mappature localizzate per l’individuazione del diametro e della posizione delle armature, con l’ausilio di indagini pacometriche. La prova non è regolata da norme UNI; si può fare utile riferimento alla DIN 1045 o alla BS 1881:2004. Sarebbe opportuno estendere quanto più possibile queste analisi al fine di ricavare la geometria dell’armatura di tutti gli elementi significativi dei telai principali, ovvero pilastri e travi. Il numero delle indagini pacometriche non è inferiore al 15% degli elementi primari esistenti.

o Esecuzione di almeno n. 1 prove di carico sui pannelli di solaio per impalcato e per tipologia di solaio. Il carico da applicare è pari al valore dell’accidentale previsto nelle relazioni di calcolo e deve essere posizionato sull’intero pannello di solaio. La misurazione degli spostamenti deve essere effettuata, con idonei flessimetri, lungo l’asse del manufatto, in cinque punti: agli appoggi, a un quarto della luce, in mezzeria e a tre quarti.

o Esecuzione di almeno n. 2 prove di carico su coppie di travi per impalcato. Il controllo in questione deve essere effettuato sulla prima e sulla seconda trave di tre differenti telai di spina, ovvero quelli sui quali gravano due campi di solaio. Il carico da applicare è sempre pari al valore dell’accidentale previsto nelle relazioni di calcolo. E’ opportuno che si carichi inizialmente la trave terminale, prima al 50% e poi totalmente; successivamente si devono collocare i pesi anche sulla seconda trave, sempre in due tempi. Lo scarico deve cominciare dalla trave terminale, ancora in due momenti; infine si deve procedere alle due fasi di rimozione del carico dalla seconda trave. La misurazione degli spostamenti deve essere effettuata, con idonei flessimetri, in cinque punti di ogni trave: agli appoggi, a un quarto della luce, in mezzeria e a tre quarti.

– LIVELLI DI CONOSCENZA E FATTORI DI CONFIDENZA: sulla base degli approfondimenti effettuati nelle fasi conoscitive sopra riportate, saranno individuati i “livelli di conoscenza” dei diversi parametri coinvolti nel modello e definiti i correlati fattori di confidenza, da utilizzare nelle verifiche di sicurezza. Gli aspetti che definiscono i livelli di conoscenza sono: geometria della struttura, dettagli costruttivi, proprietà dei materiali, connessioni tra i diversi elementi e loro presumibili modalità di collasso. Specifica attenzione dovrà essere posta alla completa individuazione dei potenziali meccanismi di collasso locali e globali, duttili e fragili.

– AZIONI: i valori delle azioni e le loro combinazioni da considerare nel calcolo, sia per la valutazione della sicurezza sia per il progetto degli interventi, sono quelle definite dalla presente norma per le nuove costruzioni, salvo quanto precisato nel presente capitolo.

SCELTA DELL’INTERVENTO

Il progetto dell’intervento dovrà essere redatto secondo la valutazione della sicurezza e secondo le NTC 2018 che al 4.1.6.1.3 afferma che: “L’armatura resistente deve essere protetta da un adeguato ricoprimento di calcestruzzo. Gli elementi strutturali devono essere verificati allo stato limite di fessurazione secondo il § 4.1.2.2.4. Al fine della protezione delle armature dalla corrosione, lo strato di ricoprimento di calcestruzzo (copriferro) deve essere dimensionato in funzione dell’aggressività dell’ambiente e della sensibilità delle armature alla corrosione, tenendo anche conto delle tolleranze di posa delle armature; a tale scopo si può fare utile riferimento alla UNI EN 1992-1-1. Per consentire un omogeneo getto del calcestruzzo, il copriferro e l’interferro delle armature devono essere rapportati alla dimensione massima degli inerti impiegati. Il copriferro e l’interferro delle armature devono essere dimensionati anche con riferimento al necessario sviluppo delle tensioni di aderenza con il calcestruzzo”.

La UNI EN 1992-1-1 stabilisce per ogni classe strutturale S, il relativo copriferro minimo dovuto alle condizioni ambientali, determinate attraverso la norma UNI EN 11104:2004, indicato con cmin,dur (mm)

L’Eurocodice prevede 6 classi strutturali, la S4 è quella di riferimento e corrisponde ad una vita utile di progetto della struttura di 50 anni.

Nel caso di calcestruzzi con classe strutturale S4 e classe esposizione di XC2/XC3 si deve prevedere un copriferro cmin di almeno 25 mm. a cui aggiungere un margine per gli scostamenti (tolleranza di esecuzione relativa al copriferro) Δcdev di 10 mm.

Ciò comporta un copriferro cnom = cmin + Δcdev = 35 mm.

TIPOLOGIA DI INTERVENTO

A seguito della valutazione della sicurezza e delle NTC l’intervento dovrà ripristinare, rispetto alla configurazione precedente al danno, le caratteristiche iniziali di elementi o parti danneggiate.

A titolo esemplificativo (strutture in calcestruzzo degradate a causa della carbonatazione) ciò potrà avvenire attraverso:

– Puntellamento del solaio oggetto di intervento;

– Rimozione dell’intonaco della porzione di solaio e delle parti in calcestruzzo interessate dal fenomeno di degrado;

– Preparazione del supporto esistente (travetti e pilastri) attraverso la scalpellatura a mano o meccanica e spazzolatura dei ferri d’armatura mediante asportazione corticale di conglomerato cementizio ammalorato, eseguita attraverso scalpellatura a mano o meccanica, atta ad asportare tutto il calcestruzzo degradato e/o preparare la zona di attacco fra vecchi e nuovi getti, senza compromettere l’integrità e l’ancoraggio dei ferri d’armatura messi a nudo nonché l’integrità strutturale del calcestruzzo limitrofo non demolito;

– Trattamento di pulizia dei ferri d’armatura affioranti, mediante spazzolatura a mano o meccanica, atta a rimuovere ed asportare ossidazioni, aggressivi chimici, parti superficiali incoerenti ed eventuali residui di oli, grassi, sporco e in generale qualsiasi altro materiale contaminante, fino a portare la superficie a metallo bianco;

– Riposizionamento dei ferri con nuove legature;

– Protezione con malta cementizia anticorrosiva dei ferri di armatura

– Posa di malta cementizia monocomponente anticorrosiva rialcalinizzante mediante posa in opera di trattamento passivante dei ferri d’armatura, mediante applicazione a pennello di doppia mano di malta cementizia anticorrosiva, monocomponente, a base di leganti cementizi, polimeri in polvere e inibitori di corrosione (tipo Mapefer 1K della MAPEI S.p.A.). L’applicazione della malta dovrà essere effettuata previa adeguata preparazione del supporto asportando il calcestruzzo ammalorato fino ad ottenere un sottofondo solido, esente da parti in distacco e sufficientemente ruvido e successiva rimozione dai ferri d’armatura della ruggine presente, mediante idrosabbiatura o spazzolatura meccanica avendo cura di portare la superficie a metallo bianco (grado SA21⁄2). Il prodotto è adatto per il trattamento protettivo rialcalinizzante dei ferri d’armatura, dovrà possedere un pH superiore a 12, livello minimo per garantire la passivazione del ferro ed essere applicato a pennello in due mani avendo cura di coprire totalmente ed in modo omogeneo la superficie del ferro per uno spessore totale delle due mani non inferiore ai 2mm. L’applicazione della prima mano dovrà essere eseguita fino a raggiungere uno spessore di 1 mm per tutta la lunghezza della barra, la seconda mano potrà essere applicata, in condizioni ambientali normali, dopo circa 2 ore dall’applicazione della prima mano o il giorno successivo, preferibilmente entro le 24 ore, in funzione dell’organizzazione del cantiere. Durante l’operazione si sporcherà inevitabilmente anche il calcestruzzo circostante i ferri di armatura, ciò non deve pregiudicare e alterare l’aderenza delle malte da ripristino che saranno utilizzate successivamente. Il prodotto dovrà rispondere ai requisiti minimi richiesti dalla EN 1504-7 e avere le seguenti caratteristiche prestazionali:

▪ Adesione al supporto (EN1542) (MPa): ≥2

▪ Resistenza allo sfilamento delle barre d’acciaio (EN15184): specifica superata ▪ Resistenza alla corrosione (EN15183): specifica superata

▪ Tempo di attesa prima di applicare la malta da ripristino: 6-24h(a+20°C)

▪ Consumo(g/m): 100 (2 mm di prodotto applicato su un tondino da 8 mm)

– Ricostruzione del copriferro mediante fornitura e posa in opera di malta colabile monocomponente, a ritiro compensato e a presa normale, a base di cementi ad alta resistenza, aggregati selezionati, fibre sintetiche in poliacrilonitrile e speciali additivi (tipo Mapegrout Colabile della MAPEI S.p.A.) per la ricostruzione di strutture degradate in calcestruzzo. L’applicazione della malta dovrà essere effettuata previa adeguata preparazione del supporto asportando il calcestruzzo ammalorato fino ad ottenere un sottofondo solido, esente da parti in distacco e sufficientemente ruvido. Pulizia dei ferri di armatura a metallo bianco e successivo trattamento passivante mediante applicazione a pennello di doppia mano di malta cementizia anticorrosiva monocomponente (tipo Mapefer 1K della MAPEI S.p.A.). Il prodotto dovrà essere applicato su sottofondo pulito e saturo di acqua, mediante colaggio, nella sede opportunamente predisposta (casseratura), in uno spessore compreso tra 1 e 4 cm per strato, installando preliminarmente una rete metallica integrativa ancorata ai ferri esistenti e posizionata al centro dello strato di copriferro da ricostruire.