I rinforzi in FRP e acciaio per le strutture esistenti

I rinforzi in FRP e
acciaio per le
strutture esistenti
Davide Cerroni
16-5-2012
Riferimenti normativi
Cenni sui materiali compositi
Comportamento al fuoco
Rinforzo a flessione
Modelli di calcolo SLU
Rinforzo a taglio
Confinamento
Demo calcolo
Bibliografia
Riferimenti normativi
•
D.M. 14 gennaio 2008
•
Circ. 2 febbraio 2009, n. 617 – C8A.7.
•
Linee Guida LL PP 24 luglio 2009 – Linee Guida
per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Collaudo
di Interventi di Rinforzo di strutture di c.a., c.a.p.
e murarie mediante FRP
•
CNR-DT 200/2004 – Istruzioni per la
Progettazione, l’Esecuzione ed il Collaudo di
Interventi di Rinforzo di strutture di c.a., c.a.p. e
I materiali fibrorinforzati a matrice
polimerica FRP
fibre
matrice
+
Vetro, carbonio, arammidiche
• Elemento portante
• Elevata rigidezza e resistenza
Polimeriche
• Trasferimento sforzi
• Protezione delle fibre
Composito
• Caratteristiche meccaniche
inferiori rispetto alle fibre
• Rottura per raggiungimento
deformazione max della fibra
• Materiali compositi (fibra + matrice polimerica),
eterogenei ed anisotropi
• Comportamento prevalentemente elastico
lineare fino al collasso
• Elevate proprietà meccaniche → Resistenza
specifica fino a 4 volte superiore rispetto ai
materiali da costruzione tradizionali
Fibra di carbonio:
Acciaio:
ρ ~ 2 g/cm3
ρ ~ 7,8 g/cm3
ffk ~ 3’000 MPa
ffk ~ 450 MPa
ffk,s ~ 1,5 MPa/kg
ffk,s ~ 0,05 MPa/kg
• Materiali compositi (fibra + matrice polimerica),
eterogenei ed anisotropi
• Comportamento prevalentemente elastico
lineare fino al collasso
• Non modificano la geometria della
struttura
• Non incrementa la massa della struttura
• Adatti ad applicazioni in cui è necessario
preservare le caratteristiche estetiche della
struttura originaria
• Facilmente reversibile (distacco
attraverso riscaldamento)
Valori di calcolo
Xd = η ∙ Xk / γm
Fatt. di conversione
ambientale
- esposizione
- tipo di fibra-resina
Coeff. parziale del
materiale
- tipo di applicazione
- modalità di collasso
Capacità di calcolo
Rd = Xd / γRd
Coeff. di incertezza del modello di resistenza
Esempio:
Fibra di carbonio ad alta tenacità
Resina epossidica
Resistenza caratteristica ffk= 2’000 MPa
Esposizione esterna: ηa = 0,85
Certificazione dei soli materiali: Applicazione tipo B
Verifica a taglio: Collasso per distacco
→ γf,d = 1,50
Modello di resistenza: Taglio
→ γf,d = 1,20
fd= 2’000∙0,85/1,50/1,20 = 944 MPa
Comportamento al fuoco
Temperatura di transizione vetrosa delle
Matrici relativamente basse (120-200 °C)
• Drastica riduzione della resistenza e rigidezza del sistema
FRP
• Distacco del composito dal supporto
• Adozione di rivestimenti adeguati
• Contenimento del contributo richiesto al rinforzo
Comportamento al fuoco
Verifica delle condizioni di carico:
• Durante l’evento eccezionale (Ed ≠ 0)
- presenza del rinforzo
- combinazione di carico frequente
- riduzione della capacità degli elementi;
• Successiva all’evento eccezionale (Ed = 0)
- assenza del rinforzo
- combinazione quasi permanente
- riduzione della capacità degli elementi.
Rottura dell’ FRP
Meccanismi
di rottura
Perdita di aderenza
FRP-CLS:
DELAMINAZIONE
Delaminazione
Rottura di tipo fragile
Non deve precedere il collasso per flessione
o taglio dell’elemento rinforzato
Delaminazione di estremità
Delaminazione di estremità
Delaminazione intermedia
Delaminazione – altri tipi
Cause:
• fessure diagonali da taglio
• irregolarità e rugosità della superficie di cls
Rimedi: accorgimenti costruttivi
Modelli di calcolo SLU
Rinforzo a flessione
Rinforzo a Taglio
Confinamento
Rinforzo a flessione
• EQUILIBRIO ALLA TRASLAZIONE LUNGO L’ASSE
• EQUILIBRIO ALLA ROTAZIONE INTORNO AL
BARICENTRO DELLE ARMATURE TESE
Rinforzo a flessione
Configurazioni SLU:
•
εcu all’estremo superiore
•
εfd + ε0 (≤ εyu) all’estremo inferiore
Rinforzo a taglio
Prevista nella CNR, non
nelle linee guida
Rinforzo a taglio
• Rinforzo ad U
• Rinforzo in avvolgimento
Rinforzo a taglio
1 ÷2,5
0,5 ÷~0,34
1 ÷2,5
Confinamento
Effetto arco
Cambia il legame
costitutivo del cls
Confinamento con FRP
Confinamento con Acciaio
Circ. 2 febbraio
2009, n. 617
C8A.7
Rinforzi a SLU del calcestruzzo armato
Incremento della resistenza di un elemento
strutturale:
• a flessione e pressoflessione
• a taglio
• a compressione centrata o con piccola
eccentricità