L’utilizzo dei materiali compositi fibrorinforzati FRP ha avuto, in
questi ultimi anni, un impulso particolarmente significativo nella
loro applicazione come materiali per il recupero ed il consolidamento
del costruito tanto in muratura quanto in cemento armato grazie alle
loro ottime caratteristiche meccaniche (eccellente rapporto
resistenza/durabilità/peso proprio/costi) e capacità di offrire
indubbi vantaggi rispetto alla reversibilità e non invasività
dell’intervento, aspetti particolarmente rivelanti per le
sovrintendenze ai beni culturali.
I materiali compositi fibrorinforzati, noti con l’acronimo inglese
di FRP, Fiber Reinforced Polymers,
sono materiali composti da fibre lunghe ad elevata resistenza immerse
in una matrice polimerica.
Le fibre hanno il compito principale di essere gli elementi resistenti
del materiale ed esibiscono resistenze assiali molto elevate quanto
sottoposte a trazione. La matrice polimerica, più comunemente riferita
semplicemente come resina, ha invece la funzione di proteggere le
fibre dall’usura ed eventuali danneggiamenti esterni, assicurare un
buon allineamento delle fibre, e garantire che ci sia una buona
distribuzione degli sforzi fra le fibre in modo che tutte siano
sollecitate in modo pressoché uniforme.
Le proprietà meccaniche di un composito dipendono generalmente dalla combinazione di quelle della fibra e della resina.
Generalmente la percentuale di frazione volumetrica di fibre rispetto
al volume complessivo si aggira intorno al 70%.
Tra le svariate possibilità di fibre disponibili sul mercato, quelle
che più vengono impiegate nel settore edilizio sono in
ordine performante
crescente: vetro,
aramide e
carbonio.
Va sottolineato che per rinforzi di strutture in cemento armato semplice e precompresso la fibra più in uso è quella di carbonio vista la necessità di fornire elevate resistenze a fronte di deformazioni limitate. È possibile scegliere fra fibre at elevata resistenza o elevato modulo a seconda della problematica da affrontare. Per quanto riguarda invece strutture in muratura, vengono generalmente impiegate tanto le fibre di carbonio quanto quelle di vetro. È solo negli ultimi anni che anche le fibre aramidiche sono entrate in modo predominante nel settore dell’edilizia specie per la realizzazione di ancoraggi meccanici di rinforzi realizzati con fibra di carbonio e vetro grazie alla loro più elevata resistenza al taglio e all’impatto.
Fra i sistemi di rinforzo con FRP più diffusi in ingegneria civile si distinguono:
- Sistemi preformati (Precured Systems): sono costituiti da elementi di varia forma preparati in stabilimento mediante il processo della pultrusione e che sono incollati, mediante resine epossidiche, all’elemento da rinforzare. A tale riguardo possono adottarsi due soluzioni:
1. Incollaggio di lamine di varie sezioni (generalmente
rettangolare) direttamente sul substrato, opportunamente
preparato. Ttale tecnologia è particolarmente indicata per
profili uniformi e rettilinei, privi di convessità-concavità
e per substrati in ottime condizioni;
2. Incollaggio di barre a sezione circolare o rettangolare su scanalature previamente realizzate e riempite di resina per assicurare aderenza tra barra e substrato. Tale tecnologia è nota come NSM (Near Surface Mounted Bars). È particolarmente indicata per rinforzo flessionale in zone a momento negativo calpestabili, non rimanendo esposto il rinforzo. Non richiede nessun realizzazione trattamento superficiale a parte la necessità della scanalatura che risulta essere particolarmente onerosa. Tale tecnologia è particolarmente diffusa nelle murature per la possibilità di inserire la barra nel giunto fra i laterizi senza compromettere l’estetica della muratura.
- Sistemi impregnati in-situ (Wet lay-up systems): sono costituiti da fogli di fibre unidirezionali, multidirezionali e reti che vengono impregnati in situ con resine che fungono tanto da matrici che da adesivo per il substrato interessato. Sono in assoluto il sistema più diffuso grazie alla loro versatilità e possibilità di installazione su qualsiasi profilo geometrico e in qualsiasi condizioni per la manovalanza senza richiedere onerosi costi di preparazione della superficie.
TEC.INN. S.r.l. adotta a seconda delle circostanze progettuali l’una o l’altra tecnologia, garantendo sempre un’applicazione di tipo A cosi come definita nel documento CNR-DT 200/2004, che permette di sfruttare al massimo le ottime caratteristiche dei sistemi FRP. I sistemi più diffusi, come mostrano i casi di applicazione sono quelli impregnati in-situ.
Un aspetto fondamentale nella realizzazione del rinforzo con materiali fibrorinforzati di entrambi i sistemi, riguarda la preparazione del substrato sul quale incollare il rinforzo visto che l’efficacia del sistema si esplica grazie al trasferimento degli tensioni tangenziali per aderenza. Risulta quindi evidente che se il substrato non è in grado di assorbire tali sforzi, l’intervento risulterebbe inefficace. È per questo che tanto le superfici in cemento armato che in muratura, vengono sempre opportunamente trattate per asportare parti incoerenti e rendere la superficie pronta per la realizzazione delle seguenti fasi di installazione.
I principali campi di applicazione degli FRP possono essere cosi sintetizzati:
- Recupero di strutture ammalorata per ripristinarne la durabilità;
- Variazione dei carichi accidentali;
- Errori di progettazione o realizzazione;
- Variazioni delle normative vigenti;
- Adeguamento e/o riparazione sismica.
Quando applicati su strutture in CA e CAP generalmente gli incrementi di resistenza possono raggiungere fino al 40-50%, e possono parimenti riguardare miglioramento alla resistenza flessionale, tagliante e confinante.
Per quanto riguarda invece le strutture murarie gli interventi di rinforzo con FRP hanno lo scopo di impedire/ritardare l’instaurarsi dei meccanismi di collasso, abbattendo cosi la vulnerabilità intrinseca dell’elemento strutturale.
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