Rinforzo delle pile

Le pile in cemento armato progettate secondo criteri non sismici presentano spesso inadeguate lunghezze di sovrapposizione o di ancoraggio delle barre longitudinali e ridotto quantitativo di armatura trasversale, peraltro non ancorata nel nucleo: ne risultano un difetto di resistenza a taglio e di duttilità (confinamento del calcestruzzo e delle barre longitudinali compresse inadeguati, sfilamento delle barre tese).

L’intervento di rinforzo delle pile ha la finalità di aumentare la resistenza a taglio degli appoggi, limitando gli spostamenti, e aumentare la capacità di duttilità della pila stessa. I possibili interventi includono: piatti metallici, aumento della sezione con camicie in c.a., precompressione con cavi o barre in acciaio ad alta resistenza, rinforzi con materiali compositi.

In particolare l’intervento di rinforzo della pila attraverso il confinamento con piatti metallici fa aumentare la resistenza e la deformazione ultima del calcestruzzo confinato; inoltre si registra un aumento del 20-40% della rigidezza della pila per tutta l’altezza del rinforzo (Priestley at al.).

La tecnica dell’incamiciatura in acciaio è stata una delle prime usate per il rinforzo delle pile in cemento armato; utilizzata per migliaia di pile da ponte in California, ha dimostrato di essere molto efficace durante il terremoto di Northridge del 1994: oltre cinquanta ponti rinforzati in questo modo hanno superato senza danni alle pile accelerazioni di picco alla base superiori a 0,3g. In Giappone la tecnica è stata utilizzata per oltre 40.000 pile dopo il terremoto di Kobe del 1995, durante il quale pile rinforzate con camicie in acciaio e soggette ad accelerazioni di picco superiori a 0,8g non hanno riportato danni.

La camicia, normalmente di spessore intorno ai 6÷12 mm, viene saldata in opera e lo spessore che la separa dalla pila (12,5÷25 mm) viene iniettato con malta cementizia o resine; in alternativa alla saldatura, sono stati sviluppati anche giunzioni meccaniche. Il campo di applicazione preferenziale è quello delle pile circolari piene. L’efficienza del confinamento per pile di diametro superiore ai 4,0 m non è stata ancora suffragata sperimentalmente. Dati gli spessori utilizzati, il quantitativo di acciaio è considerevole, specialmente se confrontato con l’acciaio presente nella pila.

Al di là dell’aspetto economico, che rende meno competitiva questa soluzione, è necessario osservare che l’incremento di resistenza flessionale e a taglio con questa soluzione di rinforzo è molto elevato e il distacco dalla base della pila è quasi obbligato (normalmente nella misura di 50÷100 mm). Se si vuole incrementare anche la resistenza a flessione è necessario ancorarla alla fondazione. Per le pile rettangolari le camicie, di forma elittica, hanno effetto sulla resistenza a taglio e possono averlo su quella a flessione, ma non sul confinamento.

Figura 2.26 - Intervento di rinforzo delle pile con piatti metallici.

Le ragioni principali che invece portano a scegliere il rinforzo mediante incamiciatura in c.a. sono due: generalmente esso risulta competitivo da un punto di vista economico e presenta un comportamento più favorevole in acqua rispetto alle alternative; per questo motivo si tratta di una delle soluzioni più utilizzate, in particolare per le pile in alveo. Tale intervento consiste nella costruzione intorno alla pila esistente di una nuova sezione in cemento armato; la buona connessione tra le due porzioni di calcestruzzo è essenziale per la riuscita del rinforzo: questo avviene attraverso una serie di barre inserite in appositi fori, praticati nel calcestruzzo esistente dopo la rimozione del copriferro e iniettati con malta cementizia o resine epossidiche.

La camicia può essere di due tipi: staccata dalla base, mediamente di 100÷150 mm, nel qual caso fornisce un incremento di duttilità e di resistenza a taglio, oppure connessa con la fondazione e dotata di barre longitudinali ancorate nella fondazione, nel qual caso fornisce anche un contributo alla resistenza flessionale. L’incremento del confinamento migliora sia il comportamento del calcestruzzo compresso che la trasmissione delle forze nelle zone di sovrapposizione tra le barre.

dimensioni della sezione da incamiciare. Il problema è particolarmente sentito nel rinforzo delle pile a setto, che possono presentare deficit di resistenza, nonostante la grande sezione, perché sono caratterizzate da quantitativi di armatura spesso ridotti.

Figura 2.27 - Intervento di rinforzo delle pile: (a) e (b) confinamento con piatti metallici; (c) aumento della sezione con getti in c.a..

(a) (b)

Figura 2.28 - Intervento di rinforzo delle pile mediante l’utilizzo di materiali compositi.

La fasciatura con FRP consiste nell’uso di molte varianti di polimeri/plastiche fibro-rinforzate; la scelta della tipologia di materiale dipende dalla rigidezza, dalla resistenza e dalla deformazione di rottura del tipo specifico di materiale utilizzato (fibre di carbonio, arramidio, vetro, etc). Questi materiali, pur avendo un costo generalmente ancora elevato, risultano economicamente competitivi in quei casi in cui il loro utilizzo permette un notevole accorciamento dei tempi di realizzazione del rinforzo e quindi dell’interferenza con il traffico; inoltre, essendo normalmente leggeri e facilmente maneggiabili, sono un’ottima alternativa alle camicie in c.a. o acciaio in tutte quelle situazioni in cui lo spazio operativo è limitato o disagiato.

L’intervento di recupero delle pile dei ponti mediante fasciature può avere scopi diversi: incrementare la resistenza e incrementare la duttilità. Nel primo caso, il confinamento del calcestruzzo può essere adottato ad esempio nel caso di calcestruzzo fortemente ammalorato, per riportare la resistenza al livello di sicurezza previsto in fase di progetto, oppure la fasciatura può essere finalizzata ad aumentare la sezione resistente; nel caso di strutture realizzate in zona sismica, l’intervento è concepito più per aumentare la duttilità e la capacità dissipativa piuttosto che la resistenza.