Costruzioni in calcestruzzo: pavimentazione precompressa per vecchi edifici
La tecnologia per stabilizzare le strutture in calcestruzzo con la plastica rinforzata con fibre di carbonio e quindi aiutarle a durare più a lungo è stata sviluppata decenni fa, tra gli altri, all'Empa. Oggi i ricercatori di Dübendorf stanno lavorando a una nuova variante con lamelle precompresse, con buone prospettive di applicazione pratica.
Travi in cemento armato piegate, crepe nella parte inferiore dei ponti, rischio di ruggine per le armature: in Svizzera molte strutture sono avanti con gli anni. Prendiamo ad esempio le strade nazionali: Secondo il rapporto sulle condizioni del 2019 dell'Ufficio federale delle strade (USTRA), gran parte dei ponti sono stati costruiti tra la metà degli anni '60 e gli anni '80, con carichi di traffico notevolmente inferiori a quelli attuali.
I materiali plastici rinforzati con fibre di carbonio (CFRP) sono utilizzati da tempo per riabilitare le strutture portanti che scricchiolano sotto i loro carichi: le lamelle piatte, incollate alla parte inferiore, contrastano il carico. Nel metodo "Ebrog" (rinforzo esterno su scanalature), ad esempio, emerso solo negli ultimi anni, si fresano preventivamente delle strette scanalature longitudinali nella trave: una maggiore superficie per la trasmissione della forza, che ha anche un effetto più profondo nel calcestruzzo. Questo metodo è stato utilizzato per la prima volta nel 2018 per la ristrutturazione di un ponte a Küssnacht.
Ora i ricercatori dell'Empa stanno sviluppando ulteriormente il metodo in un progetto Innosuisse con il partner industriale S&P Clever Reinforcement Company di Seewen. Il team guidato da Christoph Czaderski del dipartimento di ricerca "Engineering Structures" sta testando lamelle di CFRP precompresse che rinforzano "attivamente" le travi in calcestruzzo: vengono incollate con resina epossidica sotto sforzo di trazione. Una volta che il legame si è indurito, le estremità vengono rilassate e le lamelle, che "vogliono" contrarsi, contrastano ancora di più la deflessione.
Dettagli
Ciò che sembra semplice all'inizio è complicato nei dettagli, soprattutto alle estremità delle strisce, dove agiscono enormi forze di trazione, fino a 14 tonnellate. Per evitare che si strappino, devono essere fissati in modo affidabile. Finora questo è stato fatto con piastre di alluminio, incollate e fissate con tasselli, ma il team dell'Empa ha progettato speciali staffe a U in CFRP per il nuovo metodo. I vantaggi: una trasmissione delle forze più precisa e, soprattutto, una costruzione priva di metallo, immune dalla temuta e onnipresente corrosione.
"Una soluzione fatta di un unico materiale è sempre meglio di due che si comportano in modo diverso", spiega Czaderski, "soprattutto per l'ancoraggio, abbiamo fatto molti test in laboratorio". Il team ha beneficiato dell'esperienza maturata presso la Isfahan University of Technology in Iran. "Lì è stata fatta molta ricerca di base", spiega Czaderski. "Il nostro postdoc Niloufar Moshiri è venuto da noi con l'idea di combinare il processo Ebrog con la precompressione".
Il potenziale è grande, come dimostrano i test in laboratorio: Il metodo con precompressione e staffe in CFRP ha aumentato la capacità portante di una lastra di calcestruzzo del 77% rispetto al metodo di armatura "classico" senza scanalature e precompressione. Anche senza precompressione, l'aumento è stato del 34%.
L'idea di un esperto dall'Iran
Per rendere la tecnologia commercializzabile, test su larga scala su lastre di cemento con una luce di sei metri forniranno ulteriori approfondimenti prima di un vero e proprio progetto di ristrutturazione nel 2021. Nel frattempo, il partner industriale sta già lavorando sugli aspetti pratici. Gli esperti stanno sviluppando un processo industriale per le staffe a U, che finora sono state formate a mano da profili di carbonio. Inoltre, l'attrezzatura con cui le lamelle sono state precompresse finora "deve essere riprogettata per il nuovo processo", spiega Martin Hüppi, che dirige il progetto presso S&P e collabora da tempo con successo con gli esperti dell'Empa.
Sforzi che potrebbero essere utili: Ogni struttura ristrutturata anziché costruita ex novo consente di risparmiare non solo sui costi, ma anche sulle emissioni di CO2. Inoltre, il processo sarebbe più facile e veloce da gestire durante l'installazione. "Sarebbe anche conveniente per i proprietari degli edifici", afferma Hüppi, che vede buone opportunità di applicazione, non solo per le grandi strutture invecchiate come i ponti, ma anche per le ristrutturazioni nell'edilizia residenziale. "Vedo assolutamente un mercato per questo materiale", afferma Hüppi, "e con la precompressione il potenziale del materiale viene sfruttato appieno".
Fonte: Empa
