CEN/TC 250 WG4 “Fiber Reiforced Polymer Structures” · Seimic strengthening of a skyscraper...

SAIE 2012

Innovazione e regole - L'attività del CNR per le nuove tecnologie

Bologna - 19 ottobre 2012

I Compositi Fibrorinforzati nel Consolidamento Statico

prof. ing. Luigi Ascione

Università di Salerno

[email protected]

Sommario

• Attività prenormativa svolta dal CNR sull’uso strutturale dei materiali compositi fibrorinforzati (FRP) nel periodo 2004-2012;

• Aggiornamenti apportati al documento tecnico CNR-DT 200/2004 dalla versione aggiornata “R1 2012”: Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l’utilizzo di Compositi Fibrorinforzati: Materiali, strutture di c.a. e di c.a.p., strutture murarie;

• Esempi di interventi.

Attività prenormativa del CNR

• Il Consiglio Nazionale delle Ricerche ha pubblicato una serie di ben 5 documenti tecnici sull’uso strutturale degli FRP.

• Tali documenti, sia in versione italiana che inglese,

possono essere scaricati dal sito del CNR: www.cnr.it.

• I documenti adottano il classico approccio degli

Eurocodici: le Istruzioni sono distinte in Principi e Regole applicative.

Attività prenormativa del CNR This Technical Document has been prepared by a Task Group whose members are: • AIELLO Prof. Maria Antonietta- University of Lecce

• ASCIONE Prof. Luigi - University of Salerno

• BARATTA Prof. Alessandro - Università “Federico II”- Napoli

• BASTIANINI Dr. Filippo - University of Bologna

• BENEDETTI Prof. Andrea - University of Bologna

• BERARDI Dr. Valentino Paolo - University of Salerno

• BORRI Prof. Antonio - University of Perugia

• BRICCOLI BATI Prof. Silvia - University of Firenze

• CERONI Dr. Francesca - University of Sannio - Benevento

• CERSOSIMO Dr. Giuseppe - Interbau S.r.l.- Milano

• COSENZA Prof. Edoardo - University “Federico II”- Napoli

• CREDALI Dr. Lino - Ardea S.r.l. - Casalecchio (BO)

• DE LORENZIS Dr. Laura - University of Lecce

• FAELLA Prof. Ciro - University of Salerno

• FANESI Dr. Elisabetta - Polytechnic of Milano

• FEO Prof. Luciano - University of Salerno

• FORABOSCHI Prof. Paolo - IUAV - Venezia

• FRASSINE Prof. Roberto - Polytechnic of Milano

• GIACOMIN Dr. Giorgio - Maxfor - Quarto d’Altino (VE)

• GRANDI Dr. Alberto - Sika Italia S.p.a. - Milano

• IMBIMBO Prof. Maura - University of Cassino

• LA TEGOLA Prof. Antonio - University of Lecce

• LAGOMARSINO Prof. Sergio - University of Genova

• LUCIANO Prof. Raimondo - University of Cassino

• MACERI Prof. Franco - University “Tor Vergata” - Roma

• MAGENES Prof. Guido - University of Pavia

• MANFREDI Prof. Gaetano - University “Federico II” - Napoli

• MANTEGAZZA Dr. Giovanni Ruredil S.p.a. - Milano

• MARTINELLI Dr. Enzo - University of Salerno

• MODENA Prof. Claudio - University of Padova

• MONTI Prof. Giorgio - University “La Sapienza” - Roma

• MORANDINI Dr. Giulio - Mapei S.p.a. - Milano

• NANNI Prof. Antonio - University “Federico II”- Napoli

• NIGRO Prof. Emidio - University “Federico II”- Napoli

• OLIVITO Prof. Renato Sante - University of Calabria - Cosenza

• PASCALE Prof. Giovanni - University of Bologna

• PECCE Prof. Maria Rosaria - University of Sannio - Benevento

• PISANI Prof. Marco Andrea - Polytechnic of Milano

• POGGI Prof. Carlo - Polytechnic of Milano

• PROTA Dr. Andrea - University “Federico II”- Napoli

• REALFONZO Prof. Roberto - University of Salerno

• ROSATI Prof. Luciano - University “Federico II”- Napoli

• SACCO Prof. Elio - University of Cassino

• SAVOIA Prof. Marco - University of Bologna

• SPACONE Prof. Enrico - University of Chieti

Coordinators:

for the chapter on “Materials”: FRASSINE Prof. Roberto, POGGI Prof. Carlo;

for the chapter on “Basic notions on the strengthening design and special issues”: MONTI

Prof. Giorgio, NANNI Prof. Antonio;

for the chapter on “Reinforced concrete and prestressed concrete structures”: ASCIONE Prof.

Luigi, MANFREDI Prof. Gaetano, MONTI Prof. Giorgio;

for the chapter on “Masonry structures”: BENEDETTI Prof. Andrea, SACCO Prof. Elio.

General Coordinator: ASCIONE Prof. Luigi.

Technical Secretariat:FEO Prof. Luciano, ROSATI Prof. Luciano.


Strengthening intervention in Palazzo Nobili (Designer: dr.ing. M. Martinelli - Legno Più S.r.l.)

Strengthening intervention on the main beam (Designers: ing. G. Ussia – Ardea Progetti & sistemi S.r.l.)


Slattocks Canal Bridge (England)

Arch of Corona Bridge after the FRP strengthening

(England)


FRP bars available on the market

53rd Ave Bridge, City of Bettendorf ( 2001), Iowa (USA)


Fiberline Bridge (1997), Denmark .

Court of law in Pescara, Italy FRP profiles available on the market

Aggiornamenti al documento tecnico CNR DT-200

• Come tutti I materiali strutturali anche gli FRP devono essere:

‐ identificati univocamente dal Produttore/Fornitore;

‐ certificati sotto la responsabilità dello stesso Produttore/Fornitore;

‐ accettati dal Direttore dei Lavori attraverso l’acquisizione e la verifica di tutti i documenti forniti dal Produttore/Fornitore, come pure attraverso l’esecuzione di prove di accettazione.

• I sistemi di rinforzo FRP sono classificati sulla base delle seguenti due proprietà meccaniche, entrambe nella direzione delle fibre: resistenza a trazione e modulo di elasticità normale. Nel caso dei sistemi preformati (lamine pultruse) tali proprietà sono riferite alla sezione retta complessiva del composito (matrice e fibre); nel caso dei sistemi impregnati in situ le stesse proprietà sono invece riferite alla sezione complessiva delle sole fibre secche.

• Sono previste sia prove del tipo Initial Type Testing (ITT) che del tipo Factory Production Control (FPC)

Aggiornamenti al documento tecnico CNR

• Le due tabelle seguenti mostrano la classificazione dei sistemi preformati ed

impregnati in situ.

Sistemi preformati

Classe Fibra Modulo elastico

[GPa]

Resistenza a trazione

[MPa]

E17 Glass 17 170

E23 Glass 23 240

G38/600 Glass 38 600

G38/800 Glass 38 800

G45 Glass 45 1000

C120 Carbon 120 1800

C150/1800 Carbon 150 1800

C150/2300 Carbon 150 2300

C190/1800 Carbon 190 1800

C200/1800 Carbon 200 1800

A55 Aramid 55 1200


Sistemi impregnati in situ

Classe Fibra Modulo elastico

[GPa]

Resistenza a trazione

[MPa]

60G Glass 60 1300

210C Carbon 210 2700

350/1750C Carbon 350 1750

350/2800C Carbon 350 2800

500C Carbon 500 2000

100A Aramid 100 2200


• I valori del modulo elastico e della resistenza a trazione devono essere opportunamente stabili nei confronti del degrado di origine ambientale.

• Le Istruzioni prevedono specifiche prove su campioni soggetti a cicli di gelo-disgelo come pure ad invecchiamento artificiale.

• I campioni condizionati devono esibire valori delle proprietà caratteristiche almeno pari all’85% di quelli esibiti da campioni di controllo.


Nel caso di rinforzo di strutture di c.a., l’espressione dell’energia specifica di frattura, GFd , è assunta pari a:

essendo:

-

(b e bf sono rispettivamente, la larghezza dell’elemento rinforzato e quella del rinforzo);

- kG = 0.023 mm per i compositi preformati;

- kG = 0.037 mm per i compositi impregnati in situ.

b G

Fd cm ctm

k kf f

FCG

fb

f

2 /1

1 /

b bk

b b


Nel caso di rinforzo di strutture murarie, l’espressione dell’energia specifica di frattura, GFd , è assunta pari a:

essendo:

-

(b e bf sono rispettivamente, la larghezza dell’elemento rinforzato e quella del rinforzo);

- kG = 0.031 mm (per una muratura di laterizio);

- kG = 0.048 mm (per una muratura di tufo);

- kG = 0.012 mm (per una muratura di calcarenite o pietra leccese).

b G

Fd bm btm

k kf f

FCG

fb

f

3 /

1 /

b bk

b b


• Il testo delle Istruzioni è stato inoltre arricchito con i calcoli relativi alla verifica e al dimensionamento del sistema di rinforzo FRP dei maschi murari di una parete perimetrale di un edificio di muratura a tre piani.

• L’esempio è articolato nei seguenti punti:

‐ geometria, caratteristiche dei materiali e sollecitazioni;

‐ verifica a pressoflessione dei maschi murari preesistenti;

‐ dimensionamento del sistema di rinforzo FRP a pressoflessione;

‐ verifica a taglio dei maschi murari preesistenti;

‐ dimensionamento del sistema di rinforzo FRP a taglio.

University of Salerno, Salerno (Italy): flexural and shear

strenghtening of r.c. beams; confinement of columns.

Esempi di interventi Designer/Contractor: Interbau S.r.l. Milano

State Audit Court, Rome: shear strengthening of r.c. beams and confinement of

columns.



STM building, Milan (Italy): strengthening of a r.c. truss

Italian seat of the European Parliament, Rome: strengthening

of masonry vaults.


Esempi di interventi Designer/Contractor: Mapei

Hotel Bellerive, Salò (Italy): Increase tensile capacity of beam-

column joints and confinement of columns.

Esempi di interventi Designer/Contractor: Ardea Progetti e Sistemi S.r.l. Casalecchio di Reno

Seimic strengthening of a skyscraper damaged by the recent earthquake of 2012, Cento (Ferrara):

increase of the tensile capacity of beam-column joints by using FRP material installed with fibers located

along the principal tensile stresses; shear strengthening of columns.

Ex-Foundry Savigliano, Torino: flexural and shear strengthening of r.c. beams and columns.


Duomo di AlbaDuomo di Alba

Ardea srl - Prof. Lino Credali


Alba Cathedral, Rome: flexural strengthening of masonry columns with CFRP wet lay-up

systems; chaining of the aisles.

Esempi di interventi Designer/Contractor: Fidia Srl Technical Global Services

Dubai - Repair and Strengthening of a fire damaged RC warehouse in construction:

Flexural strengthening of the two-way slab with UHTS steel fiber sheet.

Esempi di interventi Designer/Contractor: G&P intech

Rovigo, Italy - Strengthening of a RC silos with CFRP sheets.

Esempi di interventi Designer/Contractor: G&P intech

Bologna, Italy - Strengthening of a RC bridge with CFRP prestressed plates.

Grazie per la Vostra attenzione!

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