MATERIALI COMPOSITI NEL CONSOLIDAMENTO STRUTTURALE

GENERALITA'

I materiali compositi o FRP (Fiber Reinforced Polymer) sono materiali costituiti da due elementi:- un tessuto di fibre continue dalle elevate caratteristiche meccaniche;- una matrice polimerica termoindurente in cui sono annegate le fibre.

Le fibre costituiscono l'elemento di rinforzo dalle elevate proprietà meccaniche e determinano il comportamento meccanico del composito, mentre la matrice di resina epossidica lega le fibre e garantisce l'adesione del tessuto al supporto e quindi il trasferimento dei carichi; il risultato finale è un materiale che combina alti valori di resistenza e rigidezza con ottime caratteristiche di leggerezza e durabilità.

I materiali compositi fibrorinforzati sono essenzialmente di due tipi: tessuti di fibre ad alte prestazioni da impregnare in opera oppure lamine preformate prodotte in stabilimento e presentano in ogni caso una serie di caratteristiche tecnologiche rilevanti:- prestazioni meccaniche notevoli (resistenza a trazione, allungamento a rottura, modulo elastico elevati) combinate con pesi contenuti e spessori esigui;- notevole resistenza a fatica;- resistenza agli attacchi chimici di solventi, acidi e basi;- facilità di applicazione e sua reversibilità;- adattabilità a qualunque tipo di forma anche complessa, nel caso di tessuti secchi.

Per i loro requisiti prestazionali e per gli aspetti legati alla messa in opera, i FRP costituiscono un metodo efficace per il rinforzo ed il restauro di strutture nel campo dell'edilizia su diversi tipi di supporto (cemento armato, pietra, legno, acciaio, laterizi) e sono particolarmente adatti a risolvere i diversi problemi che questo tipo di interventi pongono a progettisti ed imprese.

Gli edifici civili ed industriali richiedono spesso interventi di rinforzo delle strutture portanti per diversi motivi:- lesioni originate da cause accidentali, da errori progettuali od esecutivi o, ancora, da fenomeni di degrado dovuti all'invecchiamento dei materiali o dalla loro scarsa qualità;- necessità di aumentare la portanza della struttura per variazioni di destinazione, modifiche del sistema statico o altre necessità funzionali;- necessità di migliorare il comportamento sismico dell'edificio.

In passato si ricorreva, in genere, all'utilizzo di rinforzi con piatti, lastre o profilati di acciaio; tale tecnica ha dato ottimi risultati ma presenta alcuni inconvenienti dovuti ai costi di installazione, al peso degli elementi metallici che andavano a gravare sulla struttura, ai problemi di durabilità dovuti al rischio di corrosione degli elementi stessi.I prodotti compositi fibrosi a matrice polimerica, grazie ai già elencati requisiti di leggerezza, resistenza a corrosione, rilevanti proprietà fisico/meccaniche, facilità di installazione, hanno permesso di risolvere brillantemente questi problemi e si prestano ad un efficace impiego in tutti quei casi di intervento sulle strutture visti prima (strutture degradate o danneggiate, adeguamento strutturale, adeguamento sismico), nonché in casi particolari come ad esempio la rapida messa in sicurezza di edifici in situazioni di emergenza.

CARATTERISTICHE TECNICHE DEI MATERIALI

I compositi fibrosi da utilizzare negli interventi di rinforzo strutturale sono materiali dal carattere fortemente tecnologico e quindi massima importanza ha la qualità dei prodotti e la loro corretta posa in opera. Tessuti e resine, inoltre, devono essere studiati per la specifica applicazione e essere tra loro compatibili a costituire un sistema; non è possibile, in altri termini, accoppiare indiscriminatamente resine e tessuti qualsiasi, senza che esistano prove sperimentali ed applicative delle proprietà del composito risultante.

Come già detto, un sistema di rinforzo FRP è costituito da:- resina adesiva a base epossidica, con il compito di impregnare le fibre e garantire la perfetta adesione tra tessuto e supporto e quindi l'ideale trasmissione degli sforzi;- rinforzo fibroso costituito da un tessuto di fibre continue (uni o pluridirezionali).

Nel caso di utilizzo di lamine preformate, queste vanno applicate direttamente sul supporto per mezzo di adesivi epossidici esercitando una pressione uniforme con appositi rulli.Nel caso di tessuti secchi, agli elementi basilari (resina e strato di rinforzo) vanno aggiunti uno strato di primer e una rasatura a base epossidica che hanno il compito preliminare di impregnare il calcestruzzo o la muratura di supporto, penetrando nelle porosità, e assicurare l'aggancio con il sistema vero e proprio, eliminando tutte le irregolarità del substrato e garantendone la perfetta planarità. Il successo dell'intervento, infatti, dipende in maniera critica dall'adesione tra supporto e FRP e dalla ottimale distensione delle fibre del composito; solo in tale maniera si ottiene il trasferimento in condizioni ideali dei carichi.

Dopo la posa, il composito applicato può essere intonacato, verniciato e rivestito in relazione alle diverse esigenze; in alcuni casi può essere opportuno ricoprirlo con protettivi contro l'azione dei raggi UV o proteggerlo dal fuoco con pannelli tagliafuoco o intonaci intumescenti.

Dal punto di vista del loro comportamento sotto sforzo, va detto che i materiali compositi sono anisotropi e quindi le caratteristiche meccaniche dipendono dall'angolo tra la direzione delle tensioni di trazione e l'asse delle fibre. Per sforzi ortogonali alla tessitura delle fibre la resistenza e la rigidezza del materiale sono notevolmente ridotte (coincidenti con quelle della resine); viceversa per sfori lungo la direzione delle fibre hanno valori massimi.In sé questa caratteristica non costituisce un inconveniente, ma va attentamente valutata in fase progettuale, laddove si dovrà 'pensare' il rinforzo perché sia in grado di esplicare le proprie resistenze nelle direzioni che servono al ripristino della struttura. In funzione del caso specifico e delle tensioni che il composito dovrà assorbire, il progettista dovrà anche scegliere se impiegare tessuti unidirezionali o pluridirezionali, ovvero con fibre tessute in una sola direzione o in più direzioni.

Risanamento e rinforzo strutturale parcheggio interrato - Milano

(foto Interbau)

TIPOLOGIE DI FIBRE

Le fibre con le quali è possibile produrre un materiale composito, sono diverse. Quelle comunemente impiegate in edilizia sono le fibre di carbonio, il cui impiego è idoneo per il rinforzo strutturale di elementi in calcestruzzo per via del loro elevato modulo elastico, e le fibre aramidiche il cui impiego è idoneo per il rinforzo strutturale di elementi in muratura. Per questo tipo di strutture, infatti, è preferibile utilizzare fibre con modulo elastico più basso, dato che un rinforzo troppo rigido risulterebbe incompatibile con i materiali tradizionali e potrebbe creare problemi.

Fibre di carbonioLe fibre di carbonio sono generate da sostanze organiche che possono essere carbonizzate allo stato di fibra, in genere ottenute nella distillazione frazionata del petrolio grezzo. Consentono la produzione di materiali compositi avanzati con altissime proprietà meccaniche in termini di modulo elastico, resistenza a flessione, trazione, compressione ed elevata resistenza alla fatica.

Fibre aramidicheL'aramide è una fibra artificiale di sintesi, di natura poliammidica, derivata dal petrolio e dal gas naturale. In termini generali una fibra aramidica ha una resistenza alla trazione cinque volte superiore a quella dell'acciaio, un'altissima resistenza all'urto ed all'impatto, nonché al taglio ed una grande capacità di assorbire l'energia cinetica e le vibrazioni, grande flessibilità ed alta resistenza alla fatica. A tutto questo va aggiunta una elevata resistenza al fuoco ed alle alte temperature, agli agenti chimici ed una buona coibenza termica ed isolamento elettrico. Hanno modulo elastico inferiore alle fibre di carbonio a cui vengono spesso accoppiate per creare tessuti ibridi.

Altre fibre impiegate in edilizia sono le fibre di vetro e quelle di polivinilalcool.Le fibre di vetro hanno proprietà meccaniche inferiori rispetto alle fibre aramidiche o di carbonio ma hanno una buona deformabilità ed un'ottima compatibilità con le resine. Avendo costi decisamente inferiori rappresentano un buon compromesso tra costo e prestazione. Anche queste fibre vengono spesso accoppiate in miscela con fibre di carbonio e para-aramidiche con lo scopo di ottimizzare il rapporto proprietà/peso e contenere i costiLe fibre di Polivinilalcool presentano una soluzione di compromesso per raggiungere un buon livello di leggerezza a costi relativamente bassi. Hanno una resistenza a trazione ridotta ma hanno un'alta deformabilità ed un'ottima compatibilità con i supporti cementiti.

I DIVERSI TIPI DI PRODOTTI IN FRP

I materiali compositi possono essere ottenuti in due diverse maniere: con l'utilizzo di nastri o tessuti di fibre ad alte prestazioni, che vengono poi impregnati in opera con le opportune resine, ottenendo cosi il composito in situ oppure con un processo industriale detto di pultrusione, realizzato essenzialmente con il ricorso a pressioni e temperature elevate, da cui si ottengono in stabilimento lamine preformate di FRP. I tessuti possono essere del tipo 'dry fiber', ovvero completamente privi di resine, oppure del tipo 'prepeg', cioè con una certa quantità di resina già presente prima dell'applicazione, quantità comunque non sufficiente per la polimerizzazione.I diversi tipi di tessuto ottenibili da ciascun tipo di fibra possono essere confezionati in nastri (di diverse larghezze) o in drappi di grande dimensione. In funzione della direzione in cui le fibre vengono accoppiate potremo avere tessuti unidirezionali, bidirezionali o quadriassiali. Il caso più semplice è quello delle fibre disposte in una sola direzione, che offrono grande resistenza a trazione appunto solo in quella direzione. Nei tessuti biassiali invece le fibre sono tessute in due direzioni ortogonali fra loro che possono essere quelle classiche orizzontale e verticale oppure inclinate a 45°. Questi tessuti possono essere bilanciati cioè realizzati in modo da avere proprietà identiche nelle due direzioni oppure sbilanciati con parametri prestazionali differenti per ciascuna direzione, in relazione al tipo di fibre usate.Infine abbiamo i tessuti a struttura complessa quadriassiale, con fibre nella direzione della trama e dell'ordito e nelle due direzioni oblique. Questo tipo di tessuto ha un comportamento quasi isotropico.Una ulteriore possibilità è data dai già citati tessuti ibridi, in cui vengono combinate più fibre diverse all'interno di uno stesso tessuto, ottimizzandone le differenti proprietà chimico-fisiche e ottenendo un effetto sinergico tra queste, anche al fine di contenere i costi.La scelta del tipo di tessuto da impiegare dipende dalla struttura da risanare e dalle sollecitazioni a cui è sottoposta; tessuti unidirezionali si applicano a strutture sottoposte a compressione assiale o a flessione semplice. Elementi sottoposti a sforzi di taglio, torsione o sollecitazioni con orientamento multiplo e complesso vengono più efficacemente rinforzati con compositi biassiali o quadriassiali.Come detto oltre ai tessuti da impregnare in opera, con le fibre vengono realizzate in stabilimento lamine pre-formate, in genere a struttura monoassiale. Queste lamine sono già pronte per l'impiego e vengono semplicemente incollate con adesivi epossidici alle strutture.

TECNICHE APPLICATIVE E VANTAGGI

L'applicazione dei compositi fibrosi in matrice polimerica nel recupero strutturale di edifici in c.a. o muratura avviene essenzialmente secondo due tecniche distinte: il placcaggio ed il confinamento.

Il placcaggio consiste nell'applicazione del rinforzo nella zona tesa di strutture inflesse, e corrisponde in pratica alla tradizionale tecnica del placcaggio con piastre d'acciaio (beton plaquè). I risultati che consente di ottenere sono la riduzione delle deformazioni ai carichi di servizio, l'aumento della capacità portante, la limitazione di stati fessurativi.

Il confinamento, detto anche wrapping, consiste nella fasciatura di elementi compressi o presso-inflessi (come pilastri o colonne) al fine di conferire a tali elementi maggiore capacità portante, maggior resistenza ai carichi dinamici ed impulsivi ed in particolare maggiore resistenza e duttilità contro le sollecitazioni sismiche.

La tecnologia di rinforzo basata sui compositi permette di ottenere in breve tempo un notevole miglioramento prestazionale della struttura interessata, senza interruzioni nell'utilizzo dell'edificio e riescono a garantirne a lungo termine la protezione. Presentano diversi vantaggi rispetto ad altre tecniche:

- facilità di applicazione: nastri e lamine sono leggeri e flessibili, possono essere maneggiati facilmente da un numero ristretto di persone e non richiedono l'uso di macchinari per la posa in opera; questa richiede poche e rapide operazioni.- proprietà dei materiali: come più volte ripetuto gli FRP hanno elevatissime caratteristiche meccaniche e di durata.

Nastro in fibra di carbonio del sistema Carbostru di Interbau

Placcaggio con Frp della soletta di copertura sala 118

Palazzo Reale di Milano (foto Interbau)

Per contro di tali vantaggi il costo di tali materiali è certamente superiore a quello dei materiali tradizionali. Tuttavia gli FRP sembrano in grado di garantire una durata dell'intervento di ripristino decisamente superiore ad altri casi; in una visione economica allargata alla vita utile della struttura e che non tenga conto quindi solo del costo iniziale, l'impiego dei compositi si rivela un ottimo investimento, in molti casi decisamente conveniente rispetto a tecniche di intervento tradizionali, come ad esempio il beton plaqué con l'acciaio.

APPLICAZIONI IN EDILIZIA DEI FRPCome già detto i FRP si prestano ad essere impiegati su diversi supporti e sono quindi applicabili a tutte le strutture.Negli edifici in cemento armato possono essere applicati nel consolidamento di travi e solette a flessione e taglio, nonché di pilastri a pressoflessione. Sono idonei inoltre al recupero di condotte, tubi, serbatoi, vasche, pali e altri manufatti in c.a. Nelle strutture in c.a. precompresso possono sopperire alla perdita di parte del tiro dei trefoli o alla rottura di alcuni di essi e nei ponti o altre strutture soggette a traffico veicolare migliorano notevolmente la resistenza a fatica.Nelle strutture in muratura sono in grado di risanare archi, volte e cupole, colonne e possono essere impiegati per realizzare una efficace legatura di edifici lesionati; trovano utilità infine nel recupero dei solai in legno per renderli più rigidi ed aumentarne la capacità portante.

LA NORMATIVATrattandosi di materiali particolarmente innovativi e la cui applicazione è in molti casi ancora a livello sperimentale, non esiste ancora una normativa specifica.E' possibile fare riferimento a due progetti di norma europea, riguardanti i requisiti ed i metodi di prova dei sistemi FRP e precisamente:- pr EN 1542: Aderenza calcestruzzo per trazione diretta- pr EN 12615: Aderenza calcestruzzo per taglio

Esiste inoltre in Italia un bollettino ufficiale elaborato dal CNR riguardante il consolidamento di strutture in calcestruzzo armato:Documento Tecnico CNR-DT 106/98 - Parte IV - "L'impiego di armature non metalliche nel calcestruzzo armato".

CONSOLIDAMENTO DI EDIFICI IN MURATURA

GENERALITA'

In termini teorici il comportamento statico degli edifici in muratura dovrebbe essere di tipo scatolare, con elementi portanti verticali continui e connessi fra loro, collegati con gli elementi orizzontali in continuo come nel caso delle volte o con opportuni collegamenti come nel caso di solai in legno.

Gli elementi verticali hanno il compito di resistere ai carichi verticali e trasmetterli al terreno; gli elementi orizzontali invece, oltre a trasferire i carichi verticali alle murature, devono dare all'edificio l'opportuna resistenza ai carichi orizzontali dovuti a vento e sisma e inoltre devono assicurare che le murature si mantengano indeformate nel loro piano.Idealmente tutti gli elementi sono connessi in un continuum strutturale e la trasmissione dei carichi avviene senza soluzione di continuità.

Nella realtà il funzionamento statico degli edifici in muratura è raramente coincidente con questo modello ideale e ci si deve spesso misurare con la necessità di ovviare alla carenza, in molti casi congenita, nella solidarizzazione tra i vari elementi costituenti l'organismo strutturale. Carenza, questa, che si manifesta in particolare con una insufficiente resistenza alla azioni orizzontali e che va valutata molto attentamente nel caso di edifici in zona sismica.Per contrastare questa lacuna degli edifici storici, si ricorre in genere ad interventi di "legatura" volti a migliorare la connessione tra le diverse murature e tra queste ed i solai. Questi interventi, nei quali si ricorre essenzialmente a elementi di acciaio o a iniezioni cementizie armate, hanno dato ottimi risultati, verificati sul campo dall'efficace comportamento di edifici risanati sottoposti ad eventi sismici. Questa tecnica è stata sensibilmente migliorata negli ultimi anni grazie all'utilizzo dei materiali compositi fibrosi in alternativa all'acciaio.

L'impiego dei FRP porta diversi vantaggi derivanti dalle ben note proprietà tecnologiche di questi materiali e che abbiamo già più volte elencato: elevate capacità meccaniche, resistenza alle aggressioni chimiche, insensibilità all'acqua, leggerezza, ecc.Diversamente da interventi di rinforzo con acciaio, i rinforzi eseguiti facendo ricorso ai materiali compositi sono non invasivi e scarsamente traumatici nei confronti della struttura esistente. In ogni caso si tratta di interventi reversibili dato che le fibre possono essere asportate con adeguato trattamento termico. Questi requisiti, unitamente alla possibilità di mantenere l'edificio in esercizio durante la realizzazione dell'intervento, rendono particolarmente attraente questa tecnica in tutte le operazioni di rinforzo, ripristino e adeguamento strutturale di edifici di carattere storico o monumentale.

L'intervento con applicazione di FRP:

- è non invasivo, richiedendo spessori ridottissimi e non provocando alcun ingombro, - è reversibile;- non incrementa il peso proprio della struttura;- è di rapida esecuzione;- è realizzabile anche su forme non piane grazie a basso peso e flessibilità dei FRP;- può essere dosato "chirurgicamente" nelle direzioni in cui il rinforzo è necessario, data l'anisotropia del materiale;- non prevede l'impiego di particolari attrezzature;- non richiede manutenzione nè ha esigenze di trattamenti protettivi anticorrosione,- è compatibile con i materiali tradizionali;- non stravolge il carattere architettonico dell'edificio;- non stravolge la funzionalità degli elementi strutturali.

Lamine e tessuti in FRP, applicati ad elementi strutturali in muratura sottoposti a carichi tali da generare sollecitazioni di trazione, sono in grado di spostare l'asse neutro all'interno della sezione della struttura, consentendo alla stessa di esplicare la sua capacità naturale di resistere a sforzi di compressione, e nel contempo assorbono i residui carichi di trazione presenti in zona tesa

 

Rinforzo volte ed archiL'impiego di FRP rende in grado tali strutture sottoposte a pressoflessione di assorbire i carichi di trazione nelle zone in cui il centro di spinta esce dal nocciolo centrale d'inerzia.

Fasciatura di cupoleSi realizza applicando i nastri o i tessuti nelle zone critiche di trazione.

Confinamento di colonne e pilastri

Così come nei pilastri in c.a., la fasciatura con FRP unidirezionali a fibre disposte in orizzontale crea l'instaurarsi di uno stato triassiale di compressione, molto più efficace dello stato monoassiale; per gli edifici di carattere monumentale e nel caso di murature faccia a vista è possibile applicare nastri di altezza molto ridotta completamente occultabili all'interno dei corsi di malta.

Rinforzo di campaniliSi tratta strutture snelle, caratterizzate in genere da una certa complessità dello stato tensionale; generalmente si opera con strati sovrapposti di tessuti di tipo biassiale, applicati all'interno e ricoperti successivamente con intonaco.

Fasciatura di muratureHanno il compito di assorbire le forze orizzontali di origine sismica.E' possibile creare una sorta di rete sulle murature, il che consente alle stesse di resistere a forze nel piano e fuori del piano, in sostituzione ai tradizionali "intonaci armati" che sono interventi molto costosi, riducono drasticamente la traspirabilità della muratura e portano anche ad una riduzione degli spazi utili.

Rinforzo strutturale volte Basilica Superiore di S. Francesco - Assisi

(foto Sacen)

Consolidamento strutturale colonne in mattoni Ex Convento

dell'Annunziata Abbiategrasso(foto Interbau)

Rinforzo travi e solai in legnoL'intervento con materiali compositi permette di limitare la freccia di tali elementi inflessi e di aumentare la resistenza ai carichi, qualora cambiamenti nell'uso dell'edificio lo richiedano. Inoltre ne aumentano la rigidezza e sono in grado di limitare le conseguenze del fluage nonchè di sopperire ad eventuali carenze congenite del materiale dovute a nodi e difetti.

Anche in questo caso, come nelle strutture inflesse in c.a., è possibile far esplicare la funzione di rinforzo anche nei confronti del peso proprio delle strutture oltre che dei carichi accidentali, con l'applicazione preventiva di una contro-freccia che recuperi, almeno in parte, la deformazione in corso della trave.

Oltre a tutti questi diversi tipi di interventi con finalità specifiche, va aggiunto in termini più generali che le fibre di carbonio permettono di realizzare un'efficace legatura della struttura e di tutti i suoi elementi, in modo che la stessa assuma un comportamento scatolare, così come nelle condizioni ideali di questi edifici. Questo assume importanza fondamentale nel caso di eventi sismici, anche grazie alla capacità dei FRP di conferire comportamento duttile e resistenza a fatica a questi tipi di strutture.

RECUPERO DI STRUTTURE IN CEMENTO ARMATO

GENERALITA'

Per molto tempo si è pensato alle strutture in cemento armato come a strutture inattaccabili. In realtà, per vari motivi, molti edifici in c.a. hanno mostrato diversi segni di degrado e richiedono quindi interventi di recupero. L'utilizzo dei materiali compositi costituisce l'aspetto più innovativo di questo tipo di interventi e si presta al recupero sia di strutture inflesse sia di strutture verticali compresse. L'impiego di FRP è in grado di risolvere ogni tipo di problema strutturale, conferendo maggiore resistenza e duttilità agli elementi interessati dall'intervento, nonché maggiore resistenza a fatica e durabilità.

Un aspetto che va curato con particolare attenzione è il perfetto incollaggio tra il calcestruzzo e il rinforzo, dato che da questa adesione dipende la trasmissione dei carichi e la collaborazione delle fibre e quindi, in ultima analisi, l'efficacia dell'intervento. E' importante che la superficie del supporto sia ben pulita e priva di depositi di sporco, polvere, oli o smog - eventualmente ricorrendo a trattamenti abrasivi - e che ogni eventuale fessura venga chiusa e sigillata. Se la parte corticale dell'elemento ha subito particolari danni, è necessario ricostruirla con malte epossidiche, dopo aver sottoposto a risanamento i ferri di armatura con un trattamento anticorrosione. Al termine di queste operazioni preliminari, dopo aver rimosso eventuali residui di lavorazione, si può procedere all'intervento propriamente detto.

 

RINFORZO A FLESSIONE E TAGLIO

I materiali compositi si prestano ottimamente al rinforzo di elementi strutturali inflessi come travi e solai. In questo caso si applicano tessuti (o meglio nastri) di tipo unidirezionale nella zona tesa di tali elementi e disponendo le fibre secondo la direzione delle armature esistenti, in modo da integrarle.L'applicazione dei nastri va fatta in assenza di deformazioni e quindi con la struttura caricata solo dal peso proprio e senza sovraccarichi accidentali. All'applicazione dei sovraccarichi, con il deformarsi del solaio o della trave, i nastri vengono sollecitati ed entrano in azione prestando il proprio compito di collaborazione. E' possibile anche fare in modo che le fibre inizino ad esplicare la propria azione in presenza del solo peso proprio dell'elemento strutturale, quando le condizioni specifiche del caso permettono di applicare una contro-freccia prima dell'impiego del rinforzo.

Quando entrano in azione, le fibre del composito integrano l'azione delle armatrure in zona tesa e sostanzialmente producono uno spostamento verso il basso dell'asse neutro della sezione. Questo porta all'incremento dell'area compressa del calcestruzzo e quindi a valori minori delle tensioni di compressione nel calcestruzzo e di trazione nell'acciaio.Il parametro che gioca un ruolo chiave in questo meccanismo è il modulo elastico delle fibre, fattore, tra l'altro, che rimane costante in qualunque condizione di carico. Quanto più elevato è il modulo elastico delle fibre, maggiore è l'irrigidimento che possono fornire alla struttura risanata.L'applicazione di lamine in FRP provoca:

- maggiore rigidezza della struttura, con riduzione delle frecce;- aumento della capacità portante;- maggiore durata della struttura stessa grazie alla eliminazione o forte limitazione degli stati fessurativi.

Oltre a questi effetti principali, gli interveti di ripristino strutturale con i compostiti conferiscono agli elementi strutturali anche una maggiore resistenza a fatica ed una maggiore duttilità, garantendo maggiore sicurezza nei fenomeni di rottura prossimi al collasso della struttura.

E' possibile inoltre effettuare un rinforzo di travi, principalmente in prossimità degli appoggi, nei confronti delle sollecitazioni taglianti. In questo caso, dato che non è in generale possibile realizzare una fasciatura continua sui quattro lati della trave stessa, si agisce in due modi:

- applicando nastri unidirezionali con funzione di staffatura supplementare sui fianchi laterali della trave, vicino agli appoggi;- integrando tale staffatura con nastri a tessitura biassiale, disposti con inclinazione a 45°, come i ferri piegati.

RINFORZO A COMPRESSIONE

Il rinforzo di elementi prevalentemente compressi come colonne o pilastri, avviene tramite fasciatura (wrapping) degli elementi stessi con nastri a tessitura unidirezionale di materiali compositi, con le fibre disposte secondo la giacitura orizzontale.Sostanzialmente i nastri si oppongono alle dilatazioni trasversali dell'elemento, contrastando l'espansione laterale del calcestruzzo, e inducono quindi uno stato di compressione triassiale anziché monoassiale come nel caso comune.

Tale tecnica di rinforzo porta a:

- incremento della resistenza alla compressione assiale;- aumento della duttilità e conseguente miglioramento della risposta a sollecitazioni sismiche;- aumento della resistenza a taglio, dato che le fibre vanno ad integrare il lavoro delle staffe.

In situazioni specifiche ci può essere la necessità di aumentare anche la resistenza a flessione del pilastro; in questo caso la fasciatura verrà realizzata con l'impiego di tessuti bidirezionali, e a tal fine si sfrutterà la resistenza della quota di fibre disposte secondo la direzione verticale.

Un parametro di grande importanza per la riuscita di questo tipo di interventi è la forma dell'elemento strutturale interessato. Nel caso di sezioni circolari o quadrate, la tecnica del wrapping con FRP da risultati notevoli, decisamente migliori che nel caso di cerchiature con elementi in acciaio, grazie alle più volte ricordate caratteristiche di elevata leggerezza, resistenza a trazione e durabilità.Per sezioni rettangolari molto allungate, con rapporto tra i lati ³ 2, è necessario ricorrere a tessuti con spessori maggiori e risulta opportuno in diversi casi, per rendere più efficace il confinamento, ricorrere a rinforzi integrativi in acciaio.

 

Policlinico di MilanoPadiglione Granelli: rinforzo solaio di

copertura (foto Interbau)

ADEGUAMENTO SISMICO

L'applicazione di rinforzi in FRP ad elementi in calcestruzzo, migliora decisamente il comportamento della struttura durante sollecitazioni sismiche. Tali rinforzi, infatti, sono in grado di conferire agli elementi strutturali:

- un incremento sensibile della resistenza meccanica;- un incremento consistente della duttilità, ovvero la capacità delle strutture di sopportare deformazioni in campo plastico.

L'apporto delle fibre fa sì che la struttura sia capace di assorbire e dissipare l'energia sprigionata dal sisma, subendo deformazioni anche notevoli, senza che questo comporti il crollo della struttura. E' possibile ottenere elevati livelli di sicurezza, progettando la struttura con il calcolo agli stati limite conformemente agli Eurocodici, attraverso una analisi approfondita delle resistenze, delle rigidezze e della duttilità degli elementi portanti ed un riequilibrio di tali parametri realizzato con l'intervento.

Va aggiunto che i FRP possono anche essere impiegati, oltre che per l'adeguamento sismico vero e proprio, per le situazioni di emergenza in edifici danneggiati dopo un terremoto. Gli elementi in composito permettono di contrastare efficacemente gli effetti dei danni già presenti, mettendo in sicurezza l'edificio e preservandolo dagli effetti di ulteriori scosse in tempi molto brevi, in attesa del consolidamento vero e proprio.