Bernie Baietti

Rinforzi strutturali F.R.C.M. costituiti da fibre in P.B.O.
e matrice inorganica
Ing. Bernie BAIETTI
Milano, 19 marzo 2015
I MATERIALI COMPOSITI
DEFINIZIONE DI MATERIALI COMPOSITI
qualunque materiale caratterizzato da
struttura non omogenea
costituita dall’insieme di
due o più diverse sostanze
fisicamente separate e dotate di
proprietà differenti
POLIPARAFENILENBENZOBISOXAZOLO
(PBO)
CARBON(C)
EPOXY RESIN
FRP
CEMENTISIOUS MORTAR
FRCM
APPLICAZIONI MATERIALI COMPOSITI
Applicazione del rinforzo
nella zona tesa
di strutture inflesse
Corrisponde alla tecnica
tradizionale del beton plaquè
(placcaggio con piastre d'acciaio)
Si ottengono:
• la riduzione delle deformazioni ai
carichi di servizio
• l'aumento della capacità portante
• la limitazione di stati fessurativi
APPLICAZIONI MATERIALI COMPOSITI
Applicazione di nastri di rinforzo
nella parte tesa
della strutture voltata
Corrisponde alla tecnica
tradizionale
della cappa collaborante
Si ottiene:
il contenimento
della formazione di cerniere
IL CONFINAMENTO (WRAPPING)
Fasciatura di elementi compressi
o presso-inflessi
(come pilastri o colonne)
per conferire a tali elementi maggiore
capacità portante, maggior resistenza
ai carichi dinamici ed impulsivi.
In particolare si ottengono
maggiore duttilità e resistenza
alle sollecitazioni sismiche.
F.R.C.M. muratura
Ruredil X Mesh C10 + malta M25
Rete di carbonio in matrice inorganica
Stabilizzata pozzolanica, per il rinforzo
strutturale
delle costruzioni
F.R.C.M. muratura
F.R.C.M. muratura – prestazioni
Tipo
Matrice
Dim.
PBO
Appl.
gr/m2
Delamin
(1° strato
(N/mm2)
Dilataz.
‰
Ruregold XA
NanoPzmortar
50cm/15m
20
Antirib.
1773
3
Ruregold XR
NanoPzmortar
100cm/15m
44
Rinf. Strut.
3188
8,13
RXMeshC10
M25
100cm/15m
168
Rinf.Strutt.
742
1,5
RXMeshTC30
M30
100cm/15m
84
Antirib.
1650
3,3
Gli F.R.C.M Ruredil a differenza degli FRP,impiegano
una matrice inorganica, costituita da un legante idraulico
pozzolanico ed additivi specifici, perfettamente compatibile
sotto il profilo chimico,fisico e meccanico con il supporto,
con particolare riferimento alle murature.
FRP vs FRCM
permeabilità del vapore acqueo
Certificazione istituto beni archeologici
emonumentali C.N.R. – anno 2002
g/mq.24h
FRP vs FRCM
permeabilità del vapore acqueo
140
Plexiglass
120
100
Epoxy
80
Epoxy+Rete
60
Matr.inorganica
40
20
0
Matr.inorg+Rete
F.R.C.M. calcestruzzo
Ruredil X Mesh Gold + malta M750
(per capitolati esistenti)
Confronto proprietà meccaniche con altri tipi di fibre
Confronto proprietà meccaniche con altri tipi di fibre
FRP vs FRCM
comportamento al fuoco e alle
temperature
Nel caso degli FRP la letteratura riporta numerosi studi che
attestano la scarsa resistenza alla temperatura come
conseguenza dell’impiego di una resina (polimero organico).
Infatti ogni resina è caratterizzata dalla
temperatura di transizione vetrosa Tg, che per
le resine termoindurenti a base epossidica varia tra 80 e 120 C°.
Oltre questo valore
la resina perde le sue proprietà adesive e meccaniche
in quanto passa da uno stato rigido e fragile
ad uno viscoso e gommoso
fino a bruciare e a decomporsi totalmente per temperature elevate.
COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE
RESISTENZA A FLESSIONE DEL CALCESTRUZZO NON RINFORZATO
IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA
15
12.5
Carico Massimo (kN)
10.65 10.46
10.73
10.5
10
7.5
5
3.35
2.5
2.49
2.51
1.05
0
0
20°C
50
100
130°C
150
200
250
300
350
400
450
500
Temperatura (°C)
*20°C-130°C : intervallo di temperatura entro il quale la resistenza a flessione del calcestruzzo non rinforzato
rimane invariata all'aumentare della temperatura
550
COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE
Carico Massimo (kN)
FRP: Carico massimo in funzione della temperatura
a pari tempo di esposizione (1 h)
25
23.1
22.5
20
19.5
17.5
+120%
+85,7%
15
12.5
+6%
10,5*
11.13
+1,05%
10.61
10
Perdita del carico: 28,6%
7.5
Perdita del carico: - 95%
5
2.5
Perdita del carico: - 99%
0
0
10
20
30
40
50
*Carico massimo del provino non rinforzato
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
Temperatura (°C)
COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE
Carico Massimo (kN)
FRP: Carico massimo in funzione del tempo
a pari temperatura di esposizione (T= 45°C)
25
23.1
22.5
19.5
20
17.5
+120
%
15
15.45
+87,5%
12.8
+47,1%
12.5
+21,9%
10,5*
10
Perdita del carico: -
7.5 28,6%
Perdita del carico: 60,7%
5
2.5
Perdita del carico: 81,7%
0
0
1
2
3
*Carico massimo del provino non rinforzato
4
5
6
7
8
9
Tempo (ore)
10
COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE
RUREDIL X MESH GOLD:
INCREMENTO DEL CARICO IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA
24
22.93
22.64
CLS NO RINFORZO
21
CLS X MESH GOLD
18
CARICO MASSIMO (kN)
+115,2%
+118%
CLS NO RINFORZO
15
12
10.52
10.52
9.66
9
+95,1%
5.98
6
4.95
4.24
+61,2%
3.71
+173%
3
1.55
0
20°C
130°C
1
180°C
350°C
550°C
I VANTAGGI DI RUREGOLD
Resistenza al fuoco
FRCM
Classificazione di
reazione al fuoco
A2 – s1,d0
FRP
Classificazione di
reazione al fuoco
E
Conformità dei sistemi di rinforzo strutturali alla
Norma Europea UNI EN 13501-1 (Fuoco)
COMBINAZIONE EFFETTI TEMPERATURA / UMIDITA’
L’energia di frattura cui è associata la delaminazione degli
F.R.P. si riduce drasticamente su supporti umidi anche a
temperature basse (T=23°)
LEGISLAZIONE ITALIANA
C.N.R. DT200_r1_2013
Durabilità e limiti
FRP…novità?
Cap. 3.5.1
Introduzione del limite della temperatura di esercizio ! (mutuato
da U.S. ACI 440)
30/11/2013
Provini non rinforzati
Provini rinforzati con
Ruredil X Mesh
Gold
2 strati all’intradosso
e
1 rinforzo a taglio ad
“U”
all’estremità
Carattterizzazione del materiale – prove
sperimentali….evoluzione
Laboratorio IUAV anno 2002
Provini rinforzati con
Ruredil X Mesh Gold
1 strati all’intradosso,
1 rinforzo a taglio continuo e
1 ad “U” all’estremità
Provini rinforzati con
Ruredil X Wrap 310
1 strati all’intradosso e
2 rinforzi a taglio ad “U”
all’estremità con lunghezze
differenti
Carattterizzazione del materiale –
prove sperimentali….evoluzione
Laboratorio IUAV anno 2006
Per dimostrare l’affidabilità e la
successiva applicabilità, diffusione
dei sistemi FRCM in U.S.A., l’
Internation Code Council Evaluation
service (ICC – ES) ha imposto una
serie di test in varie condizioni di
esercizio, per accettare e
caratterizzare i sistemi FRCM
Ruredil. I test sono stati svolti presso
i laboratori accreditati ICC dell’
Università di Miami e nel Giugno
2013 sono stati inclusi nel
documento ufficiale qui riportato (e
disponibile)
Carattterizzazione del materiale –
certificazione di prodotto !
University of Miami – college of
Carattterizzazione del materiale – certificazione di prodotto AC 434
Prove richieste ed eseguite
30/11/2013
Carattterizzazione del materiale – certificazione di prodotto AC 434
Prove richieste ed eseguite, Ribaltamento Fuori dal piano
Carattterizzazione del materiale – certificazione di prodotto AC 434
Prove richieste ed eseguite, compressione diagonale (nel piano)
Carattterizzazione del materiale – certificazione di prodotto AC 434
Prove richieste ed eseguite, flessione
Carattterizzazione del materiale – certificazione di prodotto AC 434
Prove richieste ed eseguite, compressione assiale
Come utilizzare in Italia la – certificazione di prodotto AC 434?
Capitolo 12 N.T.C. DM 14/01/08
1° norma cogente a livello mondiale sulla progettazione di F.R.C.M
certificazione di prodotto AC 434 evaluation report
RINFORZO DI ARCHI – 2003
CHIESA MADRE- Noto (SR)
Rete . carb 168g/mq+ matr. Inorg. pozzolanica;
RINFORZO DI ARCHI / VOLTE –
CHIESA S. Rocco- Marina di GR
Crollo di tetto spingente in laterocem. con interessamento e
danneggiamento delle volte in foglio in laterizio sottostanti
RINFORZO DI ARCHI / VOLTE –
CHIESA S. Rocco- Marina di GR
Rete P.B.O 20g/mq+ matr. Inorg. muratura; Rurewall PVA TX ,
fiocchi P.B.O 3.0 + malta inghisaggio fiocchi
RINFORZO DI ARCHI / VOLTE –
Castello di Parella (TO)
Rete carbonio 168gr/mq + matr. Pozzolanica inorg.;
Rurewall PVA TX , fiocchi carbonio 10.0 + boiacca pozz. Iniez.
RINFORZO DI ARCHI / VOLTE –
Ponte ferroviario Nicotera (CS)
Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. Muratura
Fiocchi PBO 6.0+matri. Inorg. inghisaggio
RINFORZO DI ARCHI / VOLTE –
Ponte ferroviario Nicotera (CS)
Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. Muratura
Fiocchi PBO 6.0+matri. Inorg. inghisaggio
CINTURAZIONI DI PIANO
Meccanismo ribaltamento semplice
CINTURAZIONI DI PIANO
Scuola materna di Zocca (MO)
Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura
RINFORZO DI PILASTRI
Scuola materna di Zocca (MO)
Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura
RINFORZO DI PILASTRI
Scuola materna di Zocca (MO)
Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura
RINFORZO DI CUPOLE
CATTEDRALE - Pavia
Rete . carb 168g/mq+ matr. Inorg. pozzolanica;
RINFORZO DI SETTI MURARI
Liceo Scientifico Boggiolera - Catania
Rete P.B.O 20g/mq+ matr. Inorg. muratura; boiacca pozz. ,
fiocchi P.B.O 3.0 + malta inghisaggio fiocchi
EX DORMITORIO FF.SS. DI PAOLA (2008)
• Edificio realizzato negli anni Venti con una fitta
maglia di telai in cemento armato.
• Le indagini sui materiali hanno individuato un
calcestruzzo di tipo fck = 20 MPa e barre lisce in
acciaio di tipo Fe22k.
• Lo studio del modello di calcolo ha evidenziato
la necessità di eseguire degli interventi di
rinforzo a taglio e a flessione per le travi e a
taglio per i pilastri
• La scelta naturale della tecnica di rinforzo è
ricaduta sul sistema con materiali compositi di
ultima generazione con fibre in PBO per i
vantaggi legati alla maggiore duttilità del
sistema e della maggiore resistenza e alla
possibilità di non apportare alcun aggravio
statico sui terreni di fondazione.
INDIVIDUAZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE
Schema strutturale: sistema a telaio Hennebique
No staffe chiuse
CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI
E RILIEVO DELLE ARMATURE
IL PROGETTO PRELIMINARE DEI RINFORZI
Intervento di rinforzo sui pilastri
Intervento di rinforzo sulle travi
IL DIMENSIONAMENTO DEGLI INTERVENTI DI RINFORZO
Efficienza
Confinamento
 =1
DM.14.01.2008
LA REALIZZAZIONE DEGLI INTERVENTI
Schemi di intervento sui nodi trave-pilastro
Schemi di intervento sui nodi trave-pilastro
CASERMA MEZZACAPO DI REGGIO CALABRIA (2011)
• Edificio realizzato negli anni Venti in pannelli
murari intelaiati con travi e pilastri in
calcestruzzo debolmente armato.
• Le indagini sui materiali hanno individuato un
calcestruzzo di tipo fck =15 MPa e barre lisce in
acciaio di tipo Fe22k per travi e pilastri, mattoni
pieni per il primo livello e forati per il secondo.
• Il confronto tra i dati a disposizione derivanti
dalle indagini sulle strutture e le norme sismiche
del Regio Decreto n°2089 del 23 ottobre 1924 e
nel Regio Decreto n°431 del 13 marzo 1927 ha
evidenziato come l'edificio venne realizzato in
maniera conforme alla buona regola d'arte
dell'epoca e questo dato è stato confermato
dall'analisi push over condotta verificando il
manufatto con i carichi imposti dalle attuali
normative (D.M.14.01.2008 e circ.617/2009).
Modello: muratura intelaiata con
travi e pilastri cls poco armati
IL RINFORZO DELLE SOLETTE
• Lo studio del modello di calcolo ha evidenziato
la necessità di eseguire degli interventi di
rinforzo a flessione per le solette e per alcune
travi soggette a carichi significativi nella
destinazione futura (UTA)
• Sistema di rinforzo FRCM con fibre di PBO per
i vantaggi legati alla maggiore duttilità del
sistema e della maggiore resistenza ed alla
elevata durabilità del rinforzo.
RINFORZO SOLAIO LATEROCEMENTIZI (2012)
Rinforzo a flessione travetti, abitazione in Loreto (AN)
Nastri 10cm uniass PBO 128gr/mq +
Matrice inorganica+calcestruzzo
RINFORZO TRAVI C.A.P (2014)
Rinforzo a flessione trav luce 20m, industria alimentare in Mantova
• Necessità di rinforzare le travi a seguito di
incremento carichi permanenti in copertura
(nuova cappa collab.)
• Sistema di rinforzo FRCM con fibre di PBO per
i vantaggi legati alla affidabilità in condizioni
termoigrometriche severe (U.R. > 50%, T amb =
45°) legate alle lavorazioni sottostanti (forni
cottura) che non devono essere mai interrotte
RINFORZO TRAVI C.A.P (2014)
Rinforzo a taglio travi luce 20m, industria alimentare in Mantova
Rinforzo a taglio :rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq +
Matrice inorganica+calcestruzzo
Rinforzo a flessione :Nastri uniass25cm uniass PBO 88gr/mq +
Matrice inorganica+calcestruzzo
RINFORZO TRAVI C.A.P (2014)
Rinforzo a taglio travi luce 20m, industria alimentare in Mantova
• Ruregold XP + Ruregold mx calcestruzzo
• Jx joint 3.0 + mj joint
Ponti sulla S.S. Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014…in corso !
Ponti sulla Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014…in corso !
Nastro unidir. PBO 88 gr/mq
+ matrice inorganica calcestruzzo
Malta tixotropica con fibre di PVA +
inibitore di corrosione cementizio
Nastro unidir. PBO 88 gr/mq
+ matrice inorganica calcestruzzo
MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN)
• Edificio realizzato negli anni Venti in pannelli
murari intelaiati con travi e pilastri in
calcestruzzo armato.
• Le indagini sui materiali hanno individuato un
calcestruzzo di tipo fck =18 MPa e barre lisce in
acciaio di tipo Fe22k per travi e pilastri, mattoni
pieni per il primo livello e secondo.
• L’edificio adibito fino al 2013 a padiglione
ospedaliero sarà riconvertito in R.S.A,
• È richiesta una resistenza R120 alle strutture;
Anno 2014
MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN)
Rimozione copriferro e applicazione
Passivante cementizio
MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN)
Ricostruzione copriferro con malta tixotropica ad elevata duttilità
Con fibre strutturali tridimensionali in PVA
MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN)
Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema
rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq +Matrice inorganica+calcestruzzo
MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN)
Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema
rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq +Matrice inorganica+calcestruzzo
Quadro normativo attuale FRCM
-
-
CNR DT 200 dell’ottobre 2013 “Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione ed il controllo di interventi di
consolidamento statico mediante l’utilizzo di compositi fibrorinforzati”
é previsto l’uso di fibre di
PBO e di matrici cementizie
ACI 549.4R-13 del 2013 “Guide to Design and Costruction of Externally Bonded Fabric-Reinforced
Cementitious Matrix (FRCM) Systems for Repair and Strengthening Concrete and Masonry Structures
(December 2013) ”
trattano esclusivamente gli FRCM
Il sistema di rinforzo adottato ha previsto l’uso di una rete in fibra di P.B.O (Ruregold XT e XP) collegata alle
travi / solette da rinforzare con una malta cementizia fibrorinforzata (Ruregold mx calcestruzzo).
Vantaggi ulteriori dei sistemi FRCM rispetto agli FRP:
- piena compatibilità meccanica, fisica e chimica tra l’elemento di rinforzo e le strutture esistenti grazie
alla matrice cementizia
- rapidità delle operazioni: la speciale malta cementizia ha permesso di collegare la rete di P.B.O alle
superfici degli elementi ricostruiti con malta cementizia tixotropica, senza dover attendere la
stagionatura della malta tixotropica; se invece la matrice di collegamento fosse stata polimerica, la quale
può essere applicata esclusivamente su superfici completamente asciutte, avremmo perso questo vantaggio
- durabilità dell’intervento
FRCM
FRCM
vita utile >100 anni
opere ordinarie e grandi
FRP
FRP
vita utile ≈10-20 anni
solo opere provvisionali
si ringrazia per l’attenzione
19.03.2015
–
Riprod. Riservata
Ing. B. Baietti, SISTEMI DI
RINFORZO
[email protected]
72