Spesso utilizzato per il rinforzo, l'acciaio è in grado di mantenere le strutture esistenti in caso di interventi temporanei o permanenti su travi e pilastri.
Qualche suggerimento in merito al progetto e al rinforzo delle strutture
Ingegnere geniale, costruttore della fine del 20° secolo, che ha creato opere così prestigiose quali le serre bioclimatiche de La Villette, il centro Pompidou, le vetrate del Louvre, l’aeroporto del Kansai, il palazzo della Lloyd a Londra…, Peter Rice scriveva prima della sua prematura scomparsa: “La performance tecnica non si raggiunge quando avrete aggiunto l’ultimo possibile elemento alla vostra struttura ma, al contrario, quando le avrete tolto l’ultimo componente inutile. A quel punto, si avrà una sensazione di purezza strutturale che scatena per il profano l’apparenza di una grande semplicità!”.
Questa citazione rimanda all’utilizzo della materia a ragion veduta. Quando si rinforzano elementi strutturali, è utile sapere bene in che punto è realmente efficace collocare l’elemento da aggiungere, in modo da posizionarlo in un punto in cui esprimerà tutto il suo potenziale.
In alcuni casi, come nella progettazione anti-sismica, l’aggiunta di materia in modo non studiato può portare all’indebolimento della struttura. Ad esempio, l’aumento della rigidità di un pilastro corto tramite l’aggiunta di elementi strutturali darà origine irrimediabilmente ad una struttura più vulnerabile. Questa scheda, che offre dei principi di base sulla resistenza dei materiali, punta il dito sull’importanza dello studio che precede la messa in opera, volto alla buona riuscita di un’operazione di consolidamento.
Consolidamento di profili metallici esistenti tramite aggiunta di lamiere o di profili saldati
Per i solai, i rinforzi della trave in acciaio iniziale sono effettuati mediante aggiunte di lamiere e/o di profili metallici, fissati alla trave di origine per mezzo di operazioni di saldatura, di bullonatura o di incollaggio. Questi rinforzi sono solitamente disposti sotto l'ala inferiore o, eventualmente, sull’anima dei profili esistenti. Quando è accessibile, l'ala superiore può inoltre essere rinforzata.
In genere, i punti deboli relativi alla rigidità delle travi sono compensati aggiungendo sulle ali delle lamiere che permettono di aumentare al massimo l’inerzia della nuova sezione così costituita. I punti deboli al taglio si risolvono aggiungendo dei rinforzi sulle anime nelle zone di azioni di taglio importanti, come gli appoggi. Queste aggiunte di parti metalliche devono tenere conto delle compatibilità metallurgiche tra i materiali, in particolare se si desidera fare uso della saldatura. Queste tecniche di consolidamento di solai in metallo attraverso l’uso di lastre metalliche sono anche utilizzate per il consolidamento definitivo di parti di intelaiature metalliche (vedi scheda seguente).
Consolidamento di profili metallici esistenti per mezzo di aggiunta di lamiere o di profili saldati
Aggiunta di lamiere saldate sulle anime e sulle ali di profili metallici a U, I e L. Aggiunta di angolari ad angolo smussato.
La presente scheda mostra un esempio di restauro e di rinforzo delle serre del Parc de la Tête d’Or a Lione. Gli elementi originali, datati 19° secolo, erano corrosi e in alcuni punti sottodimensionati e sono stati rinforzati rispettando l’estetica architettonica dell’opera, classificata come monumento.
Inizialmente, sono stati messi a nudo tramite spazzolatura gli elementi strutturali, poi i giunti (chiodi e bulloni) sono stati controllati, prima di applicare le lamiere di rinforzo come mostrato nelle figure precedenti.
Consolidamento di travi in cemento armato mediante tramite l'aggiunta di componenti in acciaio
Le necessità di rinforzo per i solai in cemento è causata dal degradarsi del rivestimento e/o delle armature (corrosione, incendio), dall’aumento dei sovraccarichi (trasferimento) o ancora dal dover porre rimedio ad errori commessi durante le fasi di progettazione o di costruzione (errori di calcolo, difetti di rivestimento, difetti del cemento utilizzato…). Citeremo anche il caso di forature di nuove tramogge nelle solette esistenti dove l’interruzione di elementi portanti necessita la disposizione di travi principali (vedi scheda seguente). Pur essendoci altre tecniche di rinforzo (calcestruzzo spruzzato, resine sintetiche…), il consolidamento con l’acciaio delle travi e delle solette in cemento armato è molto apprezzato dai professionisti, perché offre una flessibilità ed una notevole facilità di installazione. Le tre tecniche raffigurate qui sopra riassumono i possibili interventi.
Il rinforzo tramite elementi distanziati (figura a) di una trave in cemento armato ne permette il rinforzo o l’aggancio nel caso di una tramoggia. La figura b mostra il rinforzo di una trave tramite lubrificazione e incassamento di profilati compatti. Infine, la figura c presenta il rinforzo di una sezione di trave tramite aggancio di lamiere con resina epossidica. Questa tecnica, chiamata “metodo L’Hermite”, è anche utilizzata per rinforzare le travature dei ponti in cemento armato. Occorre però notare che questa soluzione non permette di portare un maggior grado di stabilità dovuta alla tenuta di protezione delle colle. L’aggiunta di una putrella in acciaio correttamente collegata (foratura della soletta) alla parte sottostante di una soletta o di una trave è ugualmente efficace come soluzione di rinforzo.
Consolidamento di travi in legno con aggiunta di profili in acciaio
Il consolidamento delle travi principali delle vecchie strutture in legno è facilmente realizzabile con delle soluzioni in acciaio. Le soluzioni possibili sono diverse. La presente scheda illustra qualche esempio. Figura a), dove la trave in legno è rinforzata per mezzo di profili a U, I o H in acciaio distanziati. E’ inoltre possibile (figura b), quando l’abbassamento della trave non è problematico, inserire all'intradosso una putrella per sostenere la trave esistente. Il posizionamento di morse in numero sufficiente ha come risultato quello di rendere collaboranti il legno e l’acciaio, da cui risulta un aumento di inerzia superiore alla somma delle inerzie generate dalle due travi.
Infine, la figura c) mostra un esempio di sostegno di una trave in legno tramite sospensione. Una trave metallica perpendicolare alla trave in legno esistente è fissata nei muri. Le travi in legno sono quindi appese tramite staffe a questa trave avente un’inerzia sufficiente.
Consolidamento o riparazione di travetti di solaio in legno tramite aggiunta di profili in acciaio
Come per le strutture in legno, il consolidamento dei solai in legno tramite aggiunta di profili in acciaio è adatta sia per il rinforzo delle strutture deteriorate (marce o tarlate), che per consentire gli aumenti di carico. I profili di rinforzo si appoggiano sulla struttura esistente o su una struttura aggiunta (muri, travi…). I disegni riportati a titolo di esempio illustrano alcune soluzioni di rinforzo ai travetti del solaio che permettono di conservare il soffitto esistente senza doverlo smontare.
La figura a) mostra un solaio antico rinforzato con “travetti di rinforzo aggiuntivi”. Il rinforzo per mezzo di putrelle metalliche si effettua con profilati di tipo a U, distanziati per limitare i rischi di riversamento e posizionati su uno o due lati dell'elemento per rinforzarlo. I travetti difettosi sono sistemati su nuovi profili.
La figura b) propone un rinforzo che non richiede l’utilizzo dei travetti esistenti che arrivano unicamente al soffitto. I carichi sono totalmente recuperati attraverso travi metalliche di sostituzione situate nel corpo del solaio. Gli appoggi di travetti deteriorati possono essere rinforzati con l’aggiunta di flange metalliche.
Il problema è gestito creando un nuovo appoggio, sotto forma di mensole, di pilastri o di elementi a muro. Un nuovo elemento di legno trattato può ancora essere assemblato sul travetto difettoso attraverso due flange metalliche fissate da morse o bulloni. Pierre Engel per www.constructalia.com
Riparazione di un solaio o di un'ossatura in legno tramite sostegno delle travi su appoggi
I solai o i tetti dei vecchi edifici sono spesso costruiti con tronchi di legno, sommariamente squadrati, che sono stati fissati in maniera più o meno regolare all’interno dell’opera in muratura. Le infiltrazioni o semplicemente l’umidità persistente possono dare origine ad un deterioramento degli elementi portanti del solaio o del tetto, con conseguenti degradazioni irrimediabili ed il rischio, a lungo termine, di un crollo generale. Dopo aver puntellato la struttura, puliti i deterioramenti e trattato le parti marcite, un efficace metodo di consolidamento consiste nel posizionare una trave di bordo in acciaio perpendicolare ai travetti del solaio o alle travi danneggiate.
Minuziosamente calibrata con appoggi posizionati sotto i travetti, questa trave in acciaio di tipo IPE o HE è incastrata nei muri adiacenti, servendo ora come punto di appoggio ai travetti. In questo intervento, l’utilizzo di travi in acciaio garantisce una rigidità ed un ingombro ridotti, grazie all'elevata resistenza meccanica del materiale.
