PRETENDI L'ITALIA

 

 

PREMESSA:

L’utilizzo dei materiali compositi in Ingegneria e Architettura per il recupero, rinforzo,

protezione e messa in sicurezza strutturale, sta crescendo rapidamente in particolare negli ultimi

anni, soprattutto dopo i numerosi e catastrofici eventi sismici.

In particolare i tessuti in fibra (carbonio, vetro, aramide, acciaio, ma oggi anche lino,

canapa, basalto ed altri in fase di sperimentazione) sono particolarmente duttili e flessibili da

applicare, hanno elevatissime resistenze, bassa invasività e buona reversibilità senza danno alcuno

alla struttura interessata.

Le fibre vengono applicate utilizzando resine e malte; la loro funzione si esplica solo e

soltanto quando la struttura rinforzata viene sottoposta a carichi (statici e/o dinamici) aggiuntivi

rispetto a quelli presenti al momento dell’applicazione del rinforzo ed a maturazione avvenuta

delle resine e delle malte.

In sostanza, l’intervento (ed il sistema) rimane inerte fino a quando non viene mutato lo

stato di sollecitazione degli elementi strutturali oggetto del rinforzo.

In alcuni casi questo comportamento “a chiamata” può essere complessivamente

insufficiente anche perché entra in azione con un seppur infinitesimo ritardo e dunque concede

alle strutture rinforzate quelle deformazioni e/o quegli inneschi che in molti casi, sarebbe opportuno

evitare.

APPLICAZIONI:

Nel caso delle strutture ed elementi in c.a. o c.a.p. che dovessero trovarsi in condizioni di

sottodimensionamento delle armature a flessione dovute ad errori progettuali e/o di realizzazione

(armatura originale insufficiente) o di cambio di destinazione d’uso (incremento dei carichi

permanenti e/o accidentali), sarebbe molto utile ed opportuno disporre di sistemi, materiali e

tecnologie che possano (anche scaricando parzialmente la struttura) applicare delle azioni di

segno contrario a quelle a cui è sottoposta normalmente la struttura, generando un nuovo

elemento composto dove parte delle azioni sono indotte da una pretensione delle fibre (di

qualunque tipologia e materiale costituenti).

 

 

Se ad esempio volessimo rinforzare una trave in c.a. o c.a.p., un solaio in c.a., in

laterocemento, in legno o acciaio, etc… si potrebbe scaricare, ad esempio, con l’applicazione di

martinetti oleodinamici) l’elemento ottenendo così una calcolata riduzione dei tassi di trazione in

essere sia sull’acciaio costituente l’armatura originale che quelli di compressione sul calcestruzzo .

Allo stesso tempo si potrebbe applicare un tessuto inizialmente secco in fibra (carbonio,

aramide, vetro, acciaio, basalto, canapa, lino, etc…) di caratteristiche adeguate; una volta

ancorato opportunamente alla struttura (azione e reazione) verrebbe impregnato ad esempio di

resina ed incollato al sottofondo ben preparato dell’elemento da rinforzare.

Una volta raggiunta la maturazione si procederebbe allo scarico della forza applicata ai

due estremi del tessuto, il quale immediatamente trasferirebbe tangenzialmente, attraverso la

resina, gli sforzi di pensionamento applicati al sistema in prima fase.

Il risultato sarebbe quello di ottenere un elemento resistente a comportamento diverso da

quello originale, in cui anche la fibra applicata partecipa, immediatamente ed attivamente, con

un grado di collaborazione tanto più alto quanto maggiore è lo stato di sollecitazione tensionale

applicato in fase di intervento.

I vantaggi derivanti dal metodo sono rilevanti, permettendo il rinforzo, recupero, messa in

sicurezza anche di elementi che altrimenti verrebbero probabilmente demoliti.

Nel caso di strutture in muratura, gli eventi sismici catastrofici in varie aree del mondo, a cui

abbiamo assistito anche ultimamente, confermano che generalmente le strutture più vulnerabili

sono quelle in muratura, con tutte le distinzioni del caso e le sicure eccezioni.

Ora immaginiamo un elemento e/o un edificio con murature portanti, non solo di tipo civile

e abitativo ma istituzionale (ospedali, caserme, scuole, etc.) o meglio storico-artistico-

monumentale che magari già evidenzi stati fessurativi (sicuramente già presenti e diffusi in molte

situazioni).

Usando la pretensione delle fibre, secondo quanto già descritto in precedenza, e

seguendo gli schemi e i grafici successivi, si otterrebbero numerosi vantaggi dei quali due

fondamentali:

 

 

1. Presidiare attivamente gli stati fessurativi presenti e intercettati dai tessuti

pretensionati.

2. Impedire e/o contrastare a es. azioni dinamiche poiché l’entrata in azione

dell’efficacia del sistema non è “a chiamata” come nel caso di applicazione

“ordinaria” dei compositi, ma istantanea proprio grazie alla “prontezza di risposta”

dei tessuti pretensionati.

 

 

DESCRIZIONE DEL DISPOSITIVO

Nel dispositivo in oggetto si possono distinguere i seguenti componenti:

Una piastra di contrasto posta a una delle due estremità della striscia di tessuto da

pretendere.

Una piastra di ammorsaggio che permette afferrare il tessuto tramite adesione e applicargli

lo spostamento imposto tramite la traslazione della barra filettata. La piastra presenta due

asole nelle quali si inseriscono due viti con rondelle che hanno lo scopo di tenere il tessuto

attaccato al substrato, anche quando si lavora sopra testa.

 

 

Una barra filettata M16 passo 2 che converte il moto rotatorio, imposto all'estremità per

mezzo di una chiave, in moto traslatorio sulla striscia di tessuto da pretendere. La barra è

collegata alla piastra di ammorsaggio tramite un giunto a cerniera con un perno il quale è

fissato tramite due anelli di bloccaggio.

Piastra di contrasto con manicotto di alloggiamento della vite di tiro. All'estremità della

barra è calettato un dado che ruotato impone la traslazione alla barra filettata. Tra il dado

e il manicotto della piastra è presente un cuscinetto reggispinta.

PROGETTAZIONE E DIMENSIONAMENTO DELL’INTERVENTO

 

 

FASE 1: INDIVIDUAZIONE DELLE PROPRIETÁ DEL SUBSTRATO

Una volta individuato il tipo di problematica strutturale da risolvere (rinforzo a flessione, taglio,

incatenamenti, fasciature perimetrali, etc...) e scelto il tipo di fibra da utilizzare, è necessario

conoscere dal punto di vista meccanico il substrato sul quale sarà applicato il rinforzo, al fine di

dimensionare in modo corretto il sistema.

Le proprietà del substrato da conoscere sono la rottura del materiale a compressione (Rck) e taglio

che devono essere misurate sperimentalmente o, nel caso di calcestruzzo, quest'ultimo

parametro può essere derivato del Rck secondo normativa, con la seguente equazione:

, ∙

FASE 2: DIMENSIONAMENTO DELL'INTERVENTO DI RINFORZO

Per il dimensionamento del sistema di rinforzo si farà riferimento alla procedura presente nel

documento tecnico CNR DT 200/2010. Le verifiche da eseguire per garantire la riuscita

dell'intervento sono le seguenti:

a) Verifica a rottura del materiale preteso

b) Verifica di collasso per delaminazione dal substrato del composito.

Entrambe le verifiche vanno effettuate qualora si decida di rimuovere le piastre di contrasto

dall'estremità, viceversa basterà effettuare la verifica al punto a.

a) verifica a rottura del materiale

Le proprietà del materiale sono stimate secondo la seguente relazione:

kd

m

XX

dove è la generica proprietà del materiale, è assunto uguale a 1,1 e il coefficiente tiene

conto degli effetti di esposizione ambientale e degli effetti a lungo termine in maniera

moltiplicativa:

∙

Tali coefficienti sono tabulati nelle seguenti tabelle:

 

 

Condizione di esposizione Tipo di fibra / resina ηa

Interna

Vetro / Epossidica 0.75

Aramidica / Epossidica 0.85

Carbonio / Epossidica 0.95

Acciaio/Epossidica 0.75

Esterna

Vetro / Epossidica 0.65

Aramidica / Epossidica 0.75

Carbonio / Epossidica 0.85

Acciaio/Epossidica 0.65

Ambiente aggressivo

Vetro / Epossidica 0.50

Aramidica / Epossidica 0.70

Carbonio / Epossidica 0.85

Acciaio/Epossidica 0.50

Modalità di carico Tipo di fibra / resina ηl

Persistente (carico a lungo termine)

Vetro / Epossidica 0.30

Aramidica / Epossidica 0.50

Carbonio / Epossidica 0.80

Ciclico (fatica) Tutte 0.50

Confrontando il valore di sforzo caratteristico del materiale, abbattuto con gli opportuni

coefficienti, con lo sforzo di trazione di progetto , deve essere verificata la seguente relazione:

b) verifica a delaminazione

 

 

Qualora si decida di eliminare le piastre di estremità, dopo la maturazione della resina, è

necessario eseguire un controllo sulla delaminazione di estremità del rinforzo dal substrato con la

seguente equazione:

0,68 ∙2 ∙ ∙ Γ

dove è il carico di delaminazione d'estremità, è il modulo elastico della fibra, è lo

spessore fisico del tessuto e Γ è l'energia specifica di frattura definita nel seguente modo:

Γ 0,031 ∙ ∙ ∙

essendo e rispettivamente la resistenza media a compressione e trazione del

calcestruzzo e un coefficiente definito nel seguente modo:

1,67

1 400

dove è larghezza della striscia di rinforzo.

Quindi la verifica alla delaminazione è soddisfatta se la seguente relazione risulta verificata:

FASE 3: DIMENSIONAMENTO DELLE PIASTRE DI CONTRASTO

Una volta che è stato verificato il soddisfacimento della fase 2, si può procedere a dimensionare il

sistema di pretensionamento, in particolare le piastre di contrasto d'estremità montate tramite

incollaggio. La dimensione del lato della piastra si determina tramite la seguente equazione:

∙

dove F è la forza di pretensionamento che si desidera applicare, L è la lunghezza e è la larghezza

della piastra. Il valore ottenuto di L deve essere approssimato per eccesso a quella della

 

 

dimensione della piastra più vicino disponibile (100, 200, 300 mm) (es.: L=232 mm calcolata, la

piastra da utilizzare sarà quella da 300 mm).

MESSA IN OPERA DEL SISTEMA Il sistema fin ora descritto può essere configurato in due modi: con solo il sistema di monitoraggio

estensimetrico (tav. 1) o con l’aggiunta di una cella di carico (tav. 2) per misurare in tempo reale il

carico effettivo agente.

FASE 4: PREPARAZIONE DEL SUBSTRATO

Preparazione del sottofondo strutturale con larghezza adeguata (in base alla dimensione

trasversale della fibra) e profondità regolare e cotante (qualche millimetro) ad eccezione della

zona ove interferisce la cella di carico e comunque sempre delle zone d’interferenza con il dado e

la chiave di serraggio all’estremità del sistema.

FASE 5: INSTALLZAZIONE DELLE PIASTRE DI CONTRASTO

1. Predisposizione dell’estremità del tessuto al di sotto della piastra

Preparazione del binario rasato con stucco epossidico, malta di 

calce idraulica naturale NHL5 o betoncino in funzione del substrato 

 

 

2. Forare il substrato e il tessuto in corrispondenza dei fori presenti sulla piastra e inserire i tasselli

(da 6 mm) nei fori.

3. Incollare la piastra e il tessuto sul substrato con una resina epossidica che abbia

caratteristiche meccaniche a taglio superiori a quelle del substrato.

4. Fissare la piastra al substrato con le viti tramite gli appositi tasselli inseriti precedentemente.

5. Predisposizione della piastra di reazione a destra del sistema (incollata al sottofondo con

resina epossidica e tasselli) con manicotto (ancorato alla stessa) contenente la barra

filettata di tiro che, all'estremità, avrà i dadi di serraggio.

FASE 6: INCOLLAGGIO DEL TESSUTO ALLA PIASTRA DI AMMORSAGGIO

Barra filettata 

Dadi di serraggio 

 

 

Predisposizione del tessuto e incollaggio alla piastra di ammorsaggio alla sua estremità libera.

Qualora sia previsto l'utilizzo della cella di carico essa andrà frapposta tra la vite di

pretensionamento e la piastra di ammorsaggio.

FASE 7: MATURAZIONE DELLA RESINA

Attesa della maturazione degli incollaggi, che varierà a seconda del tipo di resina e delle

condizioni ambientali, avendo particolare cura a garantire una temperatura minima di 5°C

durante la fase di reticolazione.

FASE 8: APPLICAZIONE DELLA STRUMENTAZIONE ESTENSIMETRICA

Applicazione di strain-gauges e/o trasduttori meccanici alla mezzeria del tessuto ed

eventualmente uno all’estremità per verificare che la distribuzione delle tensioni sia uniforme su

tutta la striscia. La misura delle deformazioni fornisce in maniera indiretta lo stato di sollecitazione

presente nel tessuto secondo la seguente relazione:

∙ ∙ ∙

dove è il modulo elastico della fibra, è la larghezza del tessuto, t lo spessore equivalente del

tessuto e la deformazione misurata.

Vite di pretensionamento 

Cella di carico (opzionale) 

Piastra di ammorsaggio 

 

 

FASE 9: TENSIONAMENTO DEL TESSUTO

L'applicazione del carico di tensionamento è attuata tramite rotazione della barra filettata. Il

monitoraggio della tensione applicata viene effettuata tramite cella di carico (qualora sia

prevista) o misura delle deformazioni del tessuto. Durante la prima fase di tiro, il carico potrebbe

diminuire a causa degli assestamenti del sistema e potrebbe essere necessario tendere

nuovamente il tessuto fino al valore di progetto.

FASE 10: IMPREGNAZIONE DEL TESSUTO

Applicare uno strato uniforme di resina epossidica per l'impregnazione (tipo FIDSATURANT HMT)

tramite rullo frangibolle, avendo particolare cura a rendere omogenea l'impregnazione. Una volta

terminata l'impregnazione è necessario controllare nuovamente se vi sono state perdite del carico

di pretensionamento ed eventualmente correggerle prima che la resina abbia raggiunto il punto

di gelo. Una volta raggiunta la forza di pretensione di progetto il sistema viene bloccato tramite

dado posto all'estremità della barra filettata.

Trasduttore meccanico di 

spostamento 

 

 

FASE 11: RIMOZIONE DEL SISTEMA

A maturazione avvenuta della resina e dunque a sistema stabile, si procederà al taglio trasversale

della fibra a sinistra in corrispondenza del filo destro della piastra di ancoraggio, a destra in

corrispondenza del filo sinistro della doppia piastra in acciaio utilizzata per il collegamento

all’apparecchiatura di pretensionamento. Le piastre di ancoraggio e di reazione potranno essere

rimosse per permettere un eventuale sovrapposizione allo scopo di dare una continuità

all’intervento nelle zone adiacenti da rinforzare.

Questo taglio produrrà l’immediato trasferimento di azioni tangenziali dalla fibra al sottofondo

strutturale attraverso la resina, con gli effetti di cui abbiamo parlato in premessa e negli esempi

precedenti.

Il controllo delle deformazioni in fase di taglio del tessuto avverrà mediante la lettura dello/degli strain-gauges che sono rimasti sempre attivi e funzionanti durante tutto il periodo di maturazione della resina e nella fase di taglio. 

Impregnazione del tessuto 

tramite resina epossidica