Nell'edilizia e nelle grandi industrie, le strutture in cemento armato svolgono spesso un ruolo chiave, fungendo da telai, soffitti e piattaforme funzionali per vari edifici. Trasportano carichi multi-ton che agiscono sia in modalità statica che dinamica. Nel tempo, lo stress non può che influenzare lo stato della struttura. Di conseguenza, in un modo o nell' altro è necessario il rinforzo delle strutture in cemento armato. La metodologia specifica per l'esecuzione di tali operazioni dipende dalle condizioni operative dell'impianto, dai parametri tecnici e fisici e dai requisiti di pianificazione.
Che cosa sono le strutture in cemento armato?
Prima di tutto, dovresti decidere cos'è in linea di principio una struttura in cemento armato. Nella costruzione di capitali, questoparte della struttura che assume maggiori carichi operativi. La base della struttura è formata da una struttura in cemento armato e le barre di armatura sono utilizzate come rinforzo di base. Allo stesso tempo, il consolidamento e il ripristino delle strutture in cemento armato possono essere eseguiti in modo completo e parziale. Se un'area difettosa sulla superficie è stata identificata dalla diagnostica, la riparazione riguarderà principalmente questa parte, anche se è necessario prima indagare sulle cause della distruzione, che possono giustificare la fattibilità della ricostruzione di altre sezioni della struttura.
Cosa si intende per amplificazione in quanto tale? Si tratta di un intervento tecnico in edilizia, grazie al quale si prolunga la vita operativa degli edifici e in particolare delle singole strutture. Esistono diversi metodi di riparazione e rafforzamento delle strutture in cemento armato. Tutti, a vari livelli, comportano la soluzione dei seguenti compiti:
- Aumentare la resistenza dei nodi e dei componenti portanti della struttura includendo nuovi elementi. Questi ultimi possono essere travi, architravi, parti a sbalzo, irrigidimenti, ecc.
- Scaricare o ridistribuire la massa che agisce sulla base in cemento armato. In questo caso, viene pregiudicata la disposizione delle strutture che incidono meccanicamente sull'area target di fortificazione. Lo scarico riduce il fabbisogno di strutture in cemento armato.
- Aumentare le caratteristiche di resistenza di base di un oggetto e dei suoi elementi sostituendolo.
Quando è necessario rinforzare il RC-disegni?
Anche nella fase di montaggio del telaio portante, le soluzioni tecniche e i materiali da costruzione vengono selezionati in base ai carichi futuri con l'aspettativa di un funzionamento a lungo termine. Nel tempo, a causa di vari fattori, le condizioni tecniche della struttura si deteriorano ed è necessario sostenerne gli elementi critici. Il rinforzo completo delle strutture in cemento armato deve essere eseguito nei seguenti casi:
- Perdita di resistenza del design a causa dell'invecchiamento e della fatica dei materiali. Ciò è particolarmente vero per la struttura in calcestruzzo, che è soggetta a influenze chimiche negative ea sollecitazioni meccaniche naturali.
- Rimodellamento di un edificio, a seguito del quale viene modificata la configurazione di pareti portanti, travi, colonne, capriate e mensole. Potrebbe essere necessario un rinforzo o uno sgravio di massa nei punti di ancoraggio strutturali.
- Cambiare il numero di piani. C'è anche una ridistribuzione del peso su colonne, soffitti e pareti, che richiede una revisione e la capacità portante degli elementi della struttura.
- Movimenti del terreno che hanno già deformato o modificato la configurazione dell'impatto sulla fondazione, e di conseguenza sui nodi portanti del telaio. È richiesto anche il ripristino dell'equilibrio delle forze tra le strutture.
- Distruzione o danneggiamento parziale di parti portanti o singoli elementi a causa di incidenti, calamità naturali, terremoti, disastri causati dall'uomo.
- Quando vengono rilevati errori in fase di progettazione o identificati già durante il funzionamento dell'edificio.
In questo caso, il principale e il massimoragioni comuni che comportano la necessità di rafforzare in un modo o nell' altro le strutture in cemento armato. La natura specifica dell'usura o del danneggiamento dovrebbe essere determinata durante un'indagine completa, sulla base del quale viene sviluppato un progetto per il rafforzamento della struttura e viene selezionato il modo migliore per implementarlo.
Diagnosi e risoluzione dei problemi di progettazione
L'ispezione tecnica viene eseguita secondo il programma o fuori programma in caso di evidenti segni di distruzione dell'edificio. Questa parte delle attività è regolata da standard di controllo non distruttivo in conformità con GOST 22690 e 17624. La valutazione basata sui risultati dell'indagine viene effettuata in conformità con l'insieme delle regole (SP) sul rafforzamento delle strutture in cemento armato ai sensi il numero 63.13330.
Le procedure diagnostiche iniziano con un'ispezione visiva, durante la quale vengono rilevati danni esterni: difetti, scheggiature, crepe, ecc. Per rilevare i danni nascosti, vengono utilizzati metodi di test non distruttivi. Tali compiti vengono risolti mediante apparecchiature speciali, ad esempio utilizzando rilevatori di difetti elettromagnetici o ultrasonici. In particolare, i dispositivi ad ultrasuoni operanti con metodi georadar ed echo-pulse sono più spesso utilizzati per la risoluzione dei problemi del cemento armato. Durante l'ispezione, vuoti, presenza di componenti aggressivi nella struttura, distruzione di ferri d'armatura, tracce di corrosione, ecc.
Sulla base dei dati ottenuti, viene sviluppata un'ulteriore strategia per eliminare danni, riparare, ripristinare oridistribuzione dei carichi. Nella stessa fase, i defectologist possono fornire raccomandazioni sul rafforzamento delle strutture in cemento armato, tenendo conto delle specificità del danno che possono essere riparate solo da strumenti di test non distruttivi. Un ruolo importante nel determinare come rafforzare la struttura sarà svolto dai parametri tecnici e fisici specifici su cui la struttura viene operata.
Specifiche di guadagno
I parametri delle armature possono variare a seconda della configurazione dell'applicazione della forza aggiuntiva e dei requisiti specifici per il supporto della struttura. Le caratteristiche più comuni sono il modulo elastico del supporto e la resistenza alla trazione. Pertanto, il rinforzo ottimale delle strutture in cemento armato con materiali compositi fornisce in media un'elasticità nell'intervallo 70.000-640.000 MPa e indicatori di resistenza alla trazione - da 1500 a 5000 MPa. Naturalmente, non è necessario in ogni caso puntare alle massime prestazioni. La scelta di una specifica potenza potenziale degli elementi di sostegno e rinforzo dipende dallo stato attuale della struttura in cemento armato.
Quanto ai parametri dimensionali, essi dipenderanno dallo schema di rinforzo, che viene redatto sulla base della soluzione progettuale. Ad esempio, il rinforzo frammentario di una soletta in cemento armato può essere eseguito da un supporto aggiuntivo per un modulo monolitico senza travi di 300 mm di spessore. Le colonne di armatura hanno solitamente una sezione media di 400x400 mm e sono poste sotto il pavimento con incrementi di 5-7,5 m.determinato dallo stato tenso-deformativo di solai e pareti portanti.
In forma complessa, ad esempio, il rinforzo di strutture in cemento armato con fibra di carbonio può avere le seguenti caratteristiche tecniche:
- Lo spessore dell'elemento è 0,3 mm.
- Larghezza - 300 mm.
- Peso - 500 g/m2.
- Modulo di elasticità – 230000 N/mm2.
- Densità – 1,7 g/cm3.
- Resistenza alla trazione - 4000 N/mm2.
- Resistenza al taglio della struttura - 7 N/mm2.
- Resistenza alla compressione del materiale - 70 N/mm2.
- Deformazione alla rottura della struttura – 1,6%.
- Adesione della fibra composita alla struttura in calcestruzzo - 4 N/mm2.
- Modulo di Young - 400 N/mm2.
La specificità dell'uso dei moderni materiali compositi è dovuta al fatto che la composizione adesiva gioca un ruolo significativo nelle operazioni di assemblaggio con gli stessi. Spesso funge da mezzo di sigillatura e ripristino indipendente per rafforzare la struttura in calcestruzzo. Ad esempio, i composti epossidici possono svolgere bene le funzioni di sigillatura di giunti e giunti tecnologici.
Regolamento
Nel processo di calcolo, progettazione ed esecuzione dei lavori di installazione, è necessario essere guidati da diversi GOST, tra cui 31937, 22690 e 28570. Questi documenti regolano in varia misura la manutenzione e la ricostruzione di edifici e strutture. È inoltre necessario tenere conto delle norme del documento SP 63.13330, che dà indicazioni specifiche suorganizzazione e realizzazione di interventi di riparazione e ripristino, compreso il consolidamento delle strutture in cemento armato con materiali compositi. SP 164.1325800 aiuterà anche nell'uso di altri materiali in plastica e fibra di vetro per il rinforzo. Le regole generali a cui prestare attenzione sono le seguenti:
- Lo sviluppo del progetto di rinforzo dovrebbe essere effettuato solo sulla base dei dati del rilievo sul campo delle strutture.
- Al momento del calcolo dei materiali e della configurazione del lavoro di installazione, è necessario preparare le informazioni sulle dimensioni dell'oggetto target, le sue condizioni, i metodi di rinforzo, la resistenza del calcestruzzo, ecc.
- Dopo l'esame, viene presa una decisione fondamentale sull'ammissibilità della struttura per la riparazione con ulteriore intervento.
- Le misure di rinforzo dovrebbero essere eseguite in modo che le fibre composite o le barre metalliche forniscano un lavoro di carico articolare con la struttura in calcestruzzo.
- Non è consentito rinforzare strutture in cui sono presenti sacche di danni da corrosione.
- Nel processo di preparazione di un progetto, è anche importante calcolare la necessità di fornire ulteriori proprietà protettive del materiale, ad esempio per includere nella struttura rivestimenti refrattari o resistenti all'umidità.
Vantaggi del rinforzo in calcestruzzo
Insieme alle norme che regolano la riparazione e il restauro delle strutture edilizie, sarebbe utile predisporre inizialmente una base di materiali metodologici che aiutinorisolvere i compiti in pratica. Ad oggi sono molte le istruzioni visive che descrivono passo dopo passo e visivamente le tecnologie per l'applicazione di metodi specifici per la ricostruzione di determinate strutture. Ad esempio, LLC "Interaqua" e "NIIZHB" offrono una guida completa al rafforzamento delle strutture in cemento armato con materiali compositi sulla base dell'insieme delle regole SP 52-101-2003. Il materiale descrive la scelta delle soluzioni strutturali, i principi di calcolo del rinforzo di pareti e soffitti, nonché i metodi tecnologici per l'utilizzo di parti in carbonio.
Se parliamo di impianti industriali, allora è possibile utilizzare manuali altamente specializzati, che si concentrano anche sulle particolari condizioni operative delle strutture. In particolare, Far East PromstroyNIIproject LLC offre istruzioni per il rafforzamento delle strutture in cemento armato della serie 1.400.1-18. Questo materiale evidenzia le sfumature del rafforzamento delle pareti e dei soffitti portanti nella struttura degli edifici industriali.
Sviluppo di un progetto di rinforzo strutturale
Il compito principale di questa fase è offrire una soluzione tecnica specifica per l'implementazione del rafforzamento della struttura dell'oggetto target. Durante il processo di sviluppo, gli specialisti sono guidati dai dati sulle caratteristiche dei materiali da costruzione, sui loro parametri geometrici, sulle condizioni operative e sui danni esistenti. Al momento sono stati sviluppati i seguenti principi progettuali per il rinforzo delle strutture in cemento armato:
- Interconnessione di componenti. Un errore comune che si verifica durante la costruzione è quello di considerare il cantierein un formato isolato. Cioè, un muro portante, ad esempio, verrà calcolato in base ai carichi diretti su di esso senza concentrarsi sui fattori di influenza vicini. In effetti, un sistema durevole e di alta qualità può essere progettato solo tenendo conto di tutti i fattori operativi.
- Ottimizzazione. I compiti di rafforzamento delle strutture possono essere risolti in diversi modi e in quasi tutti i casi esiste una soluzione che consentirà alla struttura di mantenere un'elevata vita lavorativa. Ma allo stesso tempo, è auspicabile sforzarsi di ridurre al minimo la quantità di lavoro, la massa delle parti ausiliarie di supporto e razionalizzare l'uso dei materiali di consumo. Minore è il grado di intervento nella struttura della struttura, maggiore è la sua affidabilità. A proposito, le moderne tecnologie per il rinforzo delle strutture in cemento armato con materiali compositi, che sono di dimensioni e peso inferiori rispetto alle controparti metalliche, consentono semplicemente di ridurre al minimo il volume di inclusione di elementi estranei.
- Razionalizzazione economica. Anche se è possibile utilizzare ingenti risorse finanziarie nella realizzazione del progetto di rinforzo, è importante considerare che soluzioni tecniche complesse e massicce richiedono sempre costi elevati già in fase di manutenzione durante il funzionamento della struttura.
- Conformità ai requisiti stabiliti. Ogni fase progettuale deve tenere conto sia delle regole normative generali che dei requisiti specifici del dispositivo tecnico e strutturale in relazione all'edificio target.
Regole per il calcolo del rinforzo delle strutture in cemento armato
Il calcolo tecnico delle strutture è alla base del lavoro di progettazione, durante il quale i carichi effettivi sono correlati ai potenziali di potenza dei materiali utilizzati per l'armatura. I dati iniziali per il complesso calcolo sono tratti dallo schema di progetto, dalle sue dimensioni, dai carichi agenti e dalla natura del danno. Articoli separati nella valutazione dei materiali per il rinforzo delle strutture in cemento armato sono indicatori calcolati per la resistenza alla compressione, l' altezza della zona di compressione, la stabilità lungo le sezioni inclinate, ecc.
Il valore fondamentale del progetto, che determina la capacità di far fronte ai carichi effettivi, sarà il momento di massima flessione. Per il suo calcolo vengono utilizzati i fattori di affidabilità per il materiale e il carico. Viene inoltre determinata la natura della distribuzione del danno sulla sezione trasversale della struttura, tenendo conto del grado della sua elasticità. Se il momento flettente massimo iniziale supera il processo di fessurazione lungo la sezione, il calcolo deve essere eseguito come per una sezione con fessurazioni, senza tener conto del potenziale sviluppo di deformazione.
I valori costanti dei materiali target vengono utilizzati anche nei calcoli per rinforzare le strutture. Le moderne linee guida per il rafforzamento delle strutture in cemento armato, in particolare, si basano sui seguenti indicatori:
- Forza: gamma da 1000 a 1500 MPa, ma non inferiore.
- Modulo di elasticità - da 50 a 150 GPa.
- Temperatura di transizione vetrosa (usata per i compositi) - non inferiore a 40 °С.
I parametri dimensionali e la configurazione di montaggio sono determinati individualmente in relazione a uno specificodisegni.
Classificazione dei metodi di rinforzo
Le moderne tecnologie consentono di utilizzare un ampio elenco di mezzi di potenziamento tecnico delle varie strutture, adattandosi a specifiche condizioni operative. A livello di base, vale la pena dividere tutti i modi per rafforzare le strutture in cemento armato in base alla loro condizione fisica. In particolare si possono distinguere elementi liquidi, tessuti e solidi. Nel primo caso, il rafforzamento verrà eseguito secondo il metodo di riparazione del danno esterno. Può essere l'eliminazione di crepe mediante m alta sabbia-cemento e la sigillatura di giunti con composti edilizi adesivi. I materiali in tessuto sono usati meno frequentemente e principalmente come agente di rinforzo, che viene applicato sull'area colata con le stesse soluzioni di rinforzo.
Per quanto riguarda i solidi, sono parti strutturali che sono in qualche modo integrate o sovrapposte a una struttura danneggiata. In questo caso, le modalità di rinforzo delle strutture in cemento armato possono essere suddivise sia per il tipo di materiale utilizzato (metallo, compositi, pietra) sia per la configurazione di installazione. Il metodo più popolare per rinforzare con prodotti solidi è il rinforzo della cintura, in cui i cuscinetti profilati bloccano l'area danneggiata. Ma questo non è l'unico modo per utilizzare tali prodotti.
Metodi di base per il rinforzo delle strutture in cemento armato
A seconda dei risultati del sondaggio iniziale e in base alla decisione progettualepossono essere utilizzati i seguenti metodi di rinforzo delle strutture in cemento armato:
- Posa di intonaco di ripristino al fine di ripristinare la struttura della superficie in calcestruzzo. Se sono presenti zone aperte per il passaggio delle armature, queste vengono sigillate anche con miscele di primer o intonaco.
- Introduzione di m alta cementizia in cavità, crepe, vuoti e altri difetti strutturali interni rilevati da controlli non distruttivi.
- Shotcrete con calcestruzzo. La m alta cementizia viene applicata sulla superficie con speciali pistole ad alta velocità. Questa meccanica di trattamento delle aree danneggiate consente la formazione di densi strati di rinforzo ad alta resistenza.
- Rafforzare le fondamenta su cui poggia la struttura. Questo viene fatto attraverso clip in cemento armato, cinghie metalliche, tiranti di ancoraggio e altri elementi solidi.
- Rafforzamento di colonne, travi e pareti in cemento armato mediante l'installazione di complesse graffe, telai e camicie di rinforzo. In un tale dispositivo possono essere utilizzati elementi di rinforzo, cassaforma e calcestruzzo proiettato. Poiché questo metodo prevede la creazione di strutture aggiuntive piuttosto significative, le raccomandazioni per il rafforzamento delle strutture in cemento armato raccomandano di calcolare attentamente il carico massimo sul soffitto. Diversamente, dopo qualche tempo sarà possibile rilevare crepe già presenti nella struttura degli elementi portanti di livello inferiore.
- Punto aumento della durabilità di traverse, travi, montanti ed elementi di supporto con compositi. Per tali scopi, parti di piccolo formato, ma durevoli in fibra di carbonio, Kevlar, carbonio eecc.
Come dimostra la pratica, la soluzione più efficace per supportare il potenziale energetico delle strutture in cemento armato è proprio il cambiamento strutturale delle loro fondamenta. L'aggiunta di pareti e soffitti con elementi di supporto di terze parti come i puntoni, invece, è considerata inefficace e tecnologicamente inopportuna. Ma ancora una volta, decisioni specifiche dovrebbero essere prese sulla base di un'indagine e di un calcolo completi.
Rinforzo con acciaio e materiali compositi - che è meglio?
La divisione fondamentale in molti modi per rafforzare le strutture edilizie si basa sul tipo di materiale utilizzato. Le barre di potenza allo stato solido e gli elementi strutturali sono i raccordi di rinforzo più comuni, ma possono essere realizzati sulla base delle tradizionali leghe di acciaio e utilizzando moderne plastiche. Quale è meglio?
I vantaggi del metallo includono la sua versatilità, l'elevata resistenza e il costo accessibile. A proposito, il rinforzo delle strutture in cemento armato con fibra di carbonio, con tutte le qualità tecniche e fisiche positive, può costare il 20-30% in più rispetto all'utilizzo di acciaio inossidabile anche di alta qualità. Cosa giustifica tali costi? Eppure i compositi mostrano resistenze alla trazione insuperabili che superano persino l'acciaio. Inoltre, a differenza del calcestruzzo, la fibra di carbonio è caratterizzata da una maggiore resistenza alla fatica, che elimina le misure di ripristino intermedie durante il funzionamento a lungo termine dell'edificio. Ci sono degli svantaggi dei compositi oltre al prezzo elevato? Ci sono sfumature di proprietà ecologiche, poiché inla plastica è ancora la base del materiale, ma l'importanza dell'influenza degli additivi sintetici è minima in termini di pericolo per l'uomo.
Conclusione
Gli interventi per la riparazione, il restauro e il rafforzamento delle strutture in cemento armato, di norma, richiedono ingenti costi organizzativi e finanziari. Ciò è dovuto alla complessità della loro progettazione e ai problemi tecnologici nell'esecuzione delle operazioni di installazione. Anche le procedure cosmetiche minori devono essere eseguite in più fasi: dalla risoluzione dei problemi con la preparazione di un oggetto per il lavoro all'eliminazione diretta dei danni o all'aumento delle qualità di resistenza dei materiali. Pertanto, nelle raccomandazioni per la progettazione del rinforzo delle strutture in cemento armato, gli esperti rilevano la necessità di considerare le opzioni tecnicamente più flessibili per risolvere il problema. Ad esempio, la sostituzione più semplice del rinforzo in acciaio con un diametro di 12 mm con un'asta in fibra di carbonio di 8 mm di spessore con lo stesso effetto di rinforzo ridurrà al minimo fino al 50% dei costi energetici. Ma ovviamente, tale ottimizzazione non è sempre possibile. In ogni caso, dovrebbero emergere i principi del mantenimento della resistenza, dell'elasticità e della rigidità richieste delle strutture. Il rispetto dei piani normativi e degli schemi installativi di alta qualità consentirà di eseguire razionalmente il consolidamento, rimandando il più possibile i tempi per la necessità di completare la ricostruzione dell'edificio con la sostituzione della struttura in cemento armato.
