Adesione di barre d’armatura in acciaio rigate e filettate inserite successivamente nel calcestruzzo considerando lunghezza incollata e tipo di adesivo

Riparare il calcestruzzo stanco senza demolirlo

In tutto il mondo molti ponti, edifici e autorimesse invecchiano più rapidamente di quanto possiamo sostituirli. Demolire e ricostruire completamente queste strutture è costoso e causa grandi disagi, perciò gli ingegneri cercano modi per rinforzare ciò che già esiste. Questo studio esplora uno di questi metodi di riparazione: praticare fori nel calcestruzzo indurito, incollare nuove barre d’acciaio con potenti resine epossidiche e usare queste barre “post-installate” per dare una seconda vita al calcestruzzo vecchio.

Come acciaio e adesivo collaborano all’interno del calcestruzzo

Il cemento armato funziona perché le barre d’acciaio nascoste nel calcestruzzo si aggrappano al materiale circostante e condividono i carichi. Tradizionalmente queste barre vengono posizionate nelle casseforme e il calcestruzzo viene gettato attorno a esse. Nei lavori di riparazione, però, il calcestruzzo è già indurito, perciò gli operatori devono forare, iniettare un adesivo chimico e inserire nuove barre d’acciaio come ancoraggi. La sicurezza della struttura rinforzata dipende da quanto saldamente queste barre aggiunte siano “legate” al calcestruzzo e all’adesivo e da quanto scorrimento si verifica quando vengono tirate. I ricercatori hanno quindi misurato questa adesione in modo controllato per vedere come diverse forme di barre, diametri dei fori e tipi di resina influenzino le prestazioni.

Test di estrazione in laboratorio

Per riprodurre situazioni di riparazione reali, il team ha gettato ventuno cubi di calcestruzzo, ciascuno delle dimensioni di una piccola lastra. In tre di essi sono state incorporate barre rigate nel modo tradizionale durante il getto per fungere da campioni di riferimento. Negli altri diciotto, le barre sono state inserite successivamente: sono stati praticati fori verticali, puliti, riempiti con uno dei due prodotti epossidici commerciali e poi barre rigate o completamente filettate sono state inserite a profondità specifiche. I ricercatori hanno variato tre fattori chiave: la lunghezza della barra a contatto con l’adesivo, il diametro del foro praticato rispetto alla barra e se la superficie della barra fosse rigata (con creste discontinue) o filettata (con una spirale continua). Ogni provino è stato quindi bloccato da un martinetto idraulico e la barra è stata lentamente estratta mentre gli strumenti registravano forza e scorrimento.

Cosa rende un ancoraggio forte e sicuro

I test hanno mostrato che, nella quasi totalità dei casi, il collasso si è verificato quando la barra d’acciaio ha raggiunto la sua tensione di snervamento in uno scenario classico di estrazione, anziché per fessurazione del calcestruzzo. Ciò significa che la giunzione adesiva e il calcestruzzo circostante erano generalmente più forti della barra stessa, un esito desiderabile ai fini progettuali. Le barre installate con resina in fori moderatamente più grandi della barra (circa il 60–80% di diametro in più) hanno raggiunto capacità di estrazione simili o leggermente superiori a quelle delle barre gettate in opera. Fori molto stretti, solo circa il 20% più grandi, riducevano la resistenza. Lunghezze di incollaggio maggiori permettevano alla barra di sostenere un carico totale più elevato ma distribuivano quel carico, il che abbassava lo sforzo medio di aderenza lungo la barra. Confrontando le forme delle barre, le barre rigate convenzionali sviluppavano costantemente una maggiore resistenza di legame rispetto alle barre filettate, principalmente perché le loro creste più ruvide fornivano un migliore ancoraggio meccanico sull’adesivo e sul calcestruzzo.

Come lavorano insieme rigidità e duttilità

Oltre alla resistenza di picco, lo studio ha esaminato anche quanto fosse rigida o flessibile la connessione quando la barra cominciava a muoversi. Gli ancoraggi incollati con epossidica risultavano generalmente più rigidi delle barre gettate in opera all’inizio del carico, ovvero resistevano maggiormente allo scorrimento iniziale. Tuttavia, per molte configurazioni, specialmente con lunghezze di incollaggio maggiori, le barre post-installate mostravano una maggiore “duttilità”: potevano scorrere significativamente dopo lo snervamento senza una perdita improvvisa di capacità. I due tipi di resina epossidica si comportavano in modo simile in termini di resistenza, sebbene una tendesse a produrre connessioni leggermente più rigide e meno flessibili e l’altra consentisse più scorrimento prima del collasso. Le barre filettate, pur essendo più deboli nella resistenza di picco, spesso mostravano scorrimenti maggiori a carichi elevati, indicando un processo di rottura più graduale e tollerante.

Trasformare i dati dei test in regole di progetto pratiche

Usando l’insieme completo delle misure, gli autori hanno sviluppato una semplice equazione che predice lo sforzo massimo di aderenza per le barre post-installate in funzione della resistenza del calcestruzzo, del diametro della barra, della lunghezza incollata, del diametro del foro e della geometria delle creste della barra. Questa formula, verificata rispetto a tutti i risultati dei test, ha prodotto stime sicure e ragionevolmente accurate. Per gli ingegneri ciò significa che l’aggiunta di barre d’acciaio con adesivi moderni può essere progettata con fiducia, a condizione che diametri dei fori, profondità di ancoraggio e tipi di barra siano scelti con criterio. Per il pubblico, la conclusione è che lavori di laboratorio accurati come questo sostengono molte riparazioni “invisibili”, permettendo di rafforzare le strutture in calcestruzzo invecchiate e mantenerle in servizio più a lungo senza il costo e i disagi di una sostituzione completa.

Citazione: Fayed, S., Alkharisi, M.K., Bayoumi, ES.A. et al. Bond of ribbed and threaded steel reinforcement bars post-installed in concrete considering bonded length and adhesive type. Sci Rep 16, 10762 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42964-4

Parole chiave: ancoraggi post-installati, barre di armatura incollate con resina epossidica, riparazione del cemento armato, resistenza all’adesione, adeguamento strutturale