memory-steel nel rinforzo strutturale
Nuovo rinforzo a taglio "precompresso"
Dopo anni di ricerche, nel progetto di risanamento del Kurtheater di Baden sono stati utilizzati rinforzi a taglio precompresso grazie a barre di acciaio nervate realizzate in memory-steel. In occasione di un triplice convegno a Sant'Antonino, Friburgo e Losanna sul nuovo materiale pubblichiamo il resoconto dei suoi sviluppatori, che promette una vasta gamma di applicazioni future.
Nell'ambito di diversi lavori di ristrutturazione dell’edificio sotto tutela del Kurtheater di Baden è stato necessario rinforzare a taglio alcune travi in cemento armato. Per questo interessante caso è stata scelta una nuova soluzione in memory-steel (lega a memoria di forma) e si sono utilizzate barre nervate re-bar.
Ma cos'è il memory-steel?
memory-steel, una lega a memoria di forma a base di ferro, viene utilizzata da due anni per il rinforzo strutturale sotto forma di barre nervate in acciaio dette re-bar, del diametro di 12 mm. Le barre vengono rese solidali alla struttura utilizzando malta per iniezione, riprofilatura o stuccatura. Un analogo tipo di rinforzo è rappresentato dalle fasce di acciaio re-plate in memory-steel con dimensioni 120/1.5 mm, ancorate meccanicamente al calcestruzzo. Le re-plate vengono pretensionate prima della consegna; una volta fissate alla struttura e riscaldate si contraggono nuovamente («l'effetto memoria è dovuto alla trasformazione del reticolo cristallino per mezzo del calore»). Quando questa contrazione verso la forma originaria viene ostacolata per mezzo di ancoraggi, si manifesta una precompressione nell’elemento strutturale. Di conseguenza, la fessurazione dell’elemento si riduce e migliora il comportamento in esercizio, cosi come quello a carico ultimo della struttura.
Le barre, con un diametro di 12 mm, sono state pretensionate in fabbrica e consegnate in cantiere presagomate, in modo analogo alle tradizionali staffe a taglio. Una volta poste in opera, il cosiddetto effetto di memoria viene ottenuto riscaldando il materiale; questa fase viene chiamata attivazione. Ciò permette di avere una precompressione della struttura portante in calcestruzzo.
Per l'applicazione delle re-bar è stato necessario rimuovere, utilizzando l'idrodemolizione, il copriferro e rendere ruvide le superfici laterali e la parte inferiore della struttura portante. Inoltre la soletta è stata forata nelle posizioni in cui era prevista l'installazione delle staffe in modo da permetterne l'ancoraggio nella parte superiore (zona compressa). Il fissaggio temporaneo delle staffe a taglio re-bar è stato eseguito con speciali tasselli in plastica che evitano la corrosione da contatto con l’armatura preesistente e fungono da isolatori elettrici durante l’attivazione della precompressione. Successivamente le superfici laterali e le parti inferiori sono state casserate e le staffe di rinforzo sono state ricoperte con una malta cementizia Sika per tutta la lunghezza dell’intervento. I fori nella soletta sono stati riempiti con lo stesso prodotto in modo da poter riscaldare il memory-steel attraverso l'uso di corrente elettrica dopo l’indurimento della malta. Questo tipo di intervento ingloba nella struttura un'armatura aggiuntiva "precompressa" che resa solidale con la sezione esistente ne migliora la resistenza a taglio.
Prove di carico
Prima dell’applicazione in cantiere, diverse prove di carico nell’ambito del progetto di ricerca innosuisse (KTI) sono state condotte presso l’Empa. Le travi testate sono state progettate affinché la rottura avvenisse per taglio. La prima prova è stata eseguita su una trave di riferimento, la «Trave 0», senza alcun rinforzo aggiuntivo e con staffe convenzionali del diametro di 8 mm. Questa trave di riferimento, dopo essere stata fortemente danneggiata (fessure con apertura di oltre 10 mm) e portata a carico massimo, vedi l'immagine 5, è stata rinforzata con staffe a taglio re-bar e sottoposta nuovamente alla medesima prova («Trave 1»). Tale rinforzo si è dimostrato efficace tanto da aumentare la resistenza a taglio del 30%, rispetto alla trave di riferimento (vedi il Grafico 1). Altre quattro travi non danneggiate («Travi 2-5») sono state rinforzate con staffe re-bar e portate a rottura. In questo caso, per poter essere in grado di valutare gli effetti della precompressione sulla resistenza a taglio, i rinforzi a taglio re-bar erano sia precompressi che non (cioè non attivati).
Con le prove effettuate presso l’Empa è stato possibile dimostrare che il rinforzo strutturale ha portato a notevoli guadagni in termini di resistenza. La precompressione consente inoltre, a parità di carico, di mantenere le fessure più piccole rispetto al caso senza precompressione alleggerendo cosi l’armatura a taglio esistente (vedi il Grafico 2). Il carico di fessurazione per le travi con staffe re-bar precompresse risulta più alto del 50% rispetto a quello per staffe non precompresse.
Un rinforzo di edifici moderatamente danneggiati dopo un terremoto è possibile con questo nuovo metodo di rinforzo strutturale.
Convegno – «Precompressione esterna con memory-steel per il rinforzo strutturale di edifici»
Durante la primavera 2020 sono previsti tre convegni nella Svizzera francese e italiana a tema memory-steel. Oltre ad un’introduzione alla nuova tecnologia, saranno spiegati i fondamenti teorici per la progettazione e presentate le sue applicazioni nella pratica professionale. Inoltre saranno illustrati diversi sistemi collaudati con malta, e sarà affrontata la tematica della protezione antincendio in combinazione con il memory-steel.
Dove e quando
Hotel La Perla, 6592 Sant'Antonino – 12.03.2020, 13:45-17:00
nh Hotel Fribourg, 1700 Fribourg – 26.3.2020, 13:45-17:00
Mövenpick Hotel, 1007 Lausanne – 6.4.2020, 13:45-17:00
Maggiori informazioni nel volantino che trovate cliccando sul pulsante «Downloads» e sulla pagina di re-fer, dove è possibile iscriversi al convegno.
