La costruzione esistente riguarda un edificio costruito nei lontani anni ’20, con una struttura di tipo mista, sia in muratura portante di laterizio, sia in cemento armato.
L’edificio è ubicato a Monza (MB), ed è soggetto ad un importante intervento di recupero e ristrutturazione edilizia per la sua futura destinazione a istituto scolastico privato.
L’intervento riguarda il solaio esistente al piano seminterrato, di dimensioni pari a circa 28,00 x 8,70 m, il quale presenta lungo la spina centrale una serie di pilastri in c.a. che sorreggono la mezzeria dello stesso.Tale solaio in c.a. è composto da una trave principale di spina a sezione rettangolare 30x40 cm e da travi secondarie con sezione prevalente a T.
Obiettivo della Committenza è creare uno spazio libero, un locale scolastico “sgombro” da adibire ad aula: ciò comporta il taglio e la demolizione dei pilastri (figura 1), nonché il rinforzo del solaio stesso mediante tecniche innovative, non invasive.
In questo modo le travi secondarie assumono il ruolo di travi principali, mentre l’attuale trave principale avrà essenzialmente la funzione di “rompitratta”.
L’intervento di rinforzo prevede, pertanto, l’impiego di materiali compositi fibrorinforzati da applicare intradossalmente e l’aumento d’inerzia globale del solaio con un getto integrativo in calcestruzzo armato.
 

1. Il solaio preesistente, oggetto di un intervento di adeguamento ai nuovi carichi verticali.


LIVELLO DI CONOSCENZA DELLA STRUTTURA
Dal momento che la costruzione risulta essere degli anni’ 20, si desume che la normativa vigente all’epoca fosse il Regio Decreto del 10/01/1907.
Si attua, quindi, quello che può essere definito “progetto simulato”, cioè capire come tale struttura venne costruita ai tempi e secondo quali limiti e metodi. A tal proposito, dal testo della norma, si è potuto ricavare la tipologia di ferro d’armatura che si impiegava, così come la tipologia di calcestruzzo.
Successivamente, attraverso una serie di indagini in situ, si è effettuato il rilievo geometrico e la determinazione delle resistenze dei materiali:

• resistenza media a compressione, cls fcm=35-50 MPa.
• tensione massima di lavoro, acciaio σs = 100 MPa.

In base al D.M. 14/01/2008, si è, inoltre, considerato un livello di conoscenza scarso della struttura, LC1, a cui corrisponde un fattore di confidenza pari a 1,35 per la riduzione delle resistenze dei materiali.
Gli elementi strutturali del solaio sono così distinti:

• trave rettangolare 30x40 cm, 4Ø24 longitudinali inferiori (acciaio liscio), staffatura esigua;
• travi a T (200x16+20x28) cm, 5Ø18 longitudinali inferiori in campata, staffatura esigua, soletta armata con Ø6 40x40 cm.

È stato, inoltre, adottato come vincolo alle estremità delle travi un semi-incastro, in ragione della presenza di una correa continua e armata, collegata alle travi esistenti.
 

2. A sinistra, la sezione della trave rettangolare che avrà la funzione di "rompitratta"; a destra, la sezione delle travi secondarie da rinforzare.


ANALISI FEM, CALCOLI E VERIFICHE
Il dimensionamento della struttura è stato effettuato con l’ausilio di un software di calcolo strutturale agli elementi finiti. Il solaio oggetto di rinforzo è stato modellato mediante elementi beam, poggianti su elementi shell in ragione della presenza di murature portanti perimetrali. I carichi sono stati applicati sulle travi con sezione a T. Attraverso l’analisi FEM sono state, pertanto, ricavate le sollecitazioni massime sui vari elementi strutturali e la deformazione che subiscono le travi sotto l’azione dei carichi totali. L’azione sismica non è stata presa in conto, poiché si tratta di un adeguamento ai nuovi carichi verticali.
Nella tabella sottostante, viene riepilogato lo stato tensionale massimo del solaio, a cui, poi, si è fatto riferimento per svolgere le verifiche agli SLU richieste come da normativa vigente.
La massima deformazione sotto l’azione dei nuovi carichi totali è pari a 23 mm.
Le verifiche eseguite, ai sensi del D.M. 2008, sono a flessione, a taglio e allo SLE (deformazione), in modo da valutare quali sono le mancanze di resistenza e, quindi, con quale metodologia poter intervenire. In particolare, occorre capire quanta area in fibra di carbonio è necessaria per rendere principali le travi secondarie a T.
 

  

3,4. Modellazione tridimensionale per analisi FEM del solaio in oggetto e direzione dei carichi applicati.
  
 

5,6. 1) diagramma dello sforzo di taglio [valori in kg]; 2) diagramma del momento flettente [valori in kgcm].
  
 

7. Dominio di interazione M-N delle travi a T.


IL PROGETTO: DIMENSIONAMENTO E APPLICAZIONE
In luogo delle verifiche non soddisfatte per le travi in questione, si interviene mediante l’applicazione di lamine pultruse e tessuti in fibra di carbonio all’intradosso del solaio, secondo le modalità di posa fornite dal CNR DT 200/2004. In questo modo vengono riprese le nuove sollecitazioni di flessione e taglio, sorte in seguito anche alla demolizione dei pilastri preesistenti.
Per ovviare a possibili problemi di compressione, invece, è necessario intervenire all’estradosso con l’esecuzione di un getto integrativo di calcestruzzo C25/30, di spessore minimo 60 mm, armato con opportuna rete elettrosaldata Ø8 maglia 20x20 cm. Tale getto viene reso collaborante alla soletta esistente mediante l’inghisaggio di adeguati connettori in acciaio (barre filettate M10, classe 5.6) con adesivo epossidico, per l’incremento di sezione resistente.
In particolare, una trave a T è rinforzata con:

• n. 2 lamine pultruse in CFRP, larghezza pari a 100 mm e spessore 1,4 mm, lunghezza pari a 2/3 della luce del solaio;
• n. 1 strato di tessuto unidirezionale da 600 g/m2 in CFRP, da applicare in mezzeria, larghezza pari a 200 mm, spessore 0,34 mm e lunghezza pari a 1/3 della luce del solaio;
• fasciature con avvolgimento ad U, per lunghezze pari a 1/3 in prossimità degli appoggi, con tessuto unidirezionale in CFRP da 300 g/m2.
 

8. Elaborato grafico progettuale dell’intervento realizzato.

A rinforzo avvenuto, viene eseguito il taglio e la rimozione dei pilastri con strumentazione adeguata. Le verifiche di sicurezza sono state eseguite in conformità al DT 200/2004 R2013. È stato, inoltre, eseguito il calcolo della nuova deformazione teorica del solaio, in seguito al rinforzo realizzato e alla demolizione dei pilastri in mezzeria. La nuova deformazione calcolata risulta pari a 9,7 mm, verificata successivamente in situ.

[a cura di Dott. Ing. Alberto Pecchenino]

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