INTERVENTI DI RINFORZO STRUTTURALE MEDIANTE SISTEMI FRCM STRUTTURE IN C.A.

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Dionisia Testa
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1 INTERVENTI DI RINFORZO STRUTTURALE MEDIANTE SISTEMI FRCM STRUTTURE IN C.A. LE ESPERIENZE RUREDIL NEL CONSOLIDAMENTO E NEL RINFORZO CON FRCM SU EDIFICI IN C.A. casi di studio Siena Ing. Bernie Baietti Ruredil spa

2 IL DIMENSIONAMENTO DELLA RETE IN P.B.O Gli algoritmi di calcolo disponibili in letteratura 1. la rottura a trazione delle fibre 2. delaminazione del sistema di rinforzo 2 meccanismi di rottura: Resistenza a taglio ultima della sezione rinforzata: V Rd = V cls + V acc + V fib Rinforzo alle estremità delle travi in c.a., con reti ad U e collegate con malta cementizia. Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of flexural members, A. Nanni, 1998 FIB 14 del 2001 Externally bonded FRP reinforcement for RC structures ACI 440.2R-02 del 2002 Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structuresl Formule sperimentazioni (matrice epossidica, campioni di laboratorio)

c.a., con reti ad U e collegate con malta cementizia. Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of flexural members, A.

3 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 f ck = 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. Prog. - Ing. Antonio Trimboli (CS e Roma)

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

4 INDIVIDUAZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE Schema strutturale: sistema a telaio Hennebique No staffe chiuse

5 CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI E RILIEVO DELLE ARMATURE

6 IL PROGETTO PRELIMINARE DEI RINFORZI Intervento di rinforzo sulle travi Intervento di rinforzo sui pilastri

7 LA VALIDAZIONE EMPIRICA DEL SISTEMA FRCM Zona prelievo travi Zona ascensori Fasi prelievo travi

8 Prova trave non rinforzata Schema di carico della prova b x h = 200 x 350 mm barre mezzeria: 1 f 14 sup + 3 f 14 inf barre appoggio: 3 f 14 sup + 1 f 14 inf armatura a taglio: 2 f 14 rialzati carico di rottura sperimentale 101,45 kn carico di rottura teorico 96,5 kn Scostamento 5 %

sup + 1 f 14 inf armatura a taglio: 2 f 14 rialzati carico di rottura

9 Prova trave rinforzata con mesh in carbonio e resina epossidica (FRP) CNR DT 200 del 2004 Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi fibrorinforzati b x h = 200 x 390 mm barre mezzeria: 1 f 14 sup + 3 f 14 inf barre appoggio: 3 f 14 sup + 1 f 14 inf armatura a taglio: 2 f 14 rialzati carico di rottura sperimentale 110,40 kn carico di rottura teorico 117,76 kn scostamento del 6%

fibrorinforzati b x h = 200 x 390 mm barre mezzeria: 1 f 14 sup + 3 f 14 inf barre appoggio: 3 f 14 sup + 1 f 14 inf

10 Prova trave rinforzata con mesh in PBO e matrice cementizia (FRCM) CNR DT 200/2004: K cr = 2 b x h = 200 x 390 mm barre mezzeria: 1 f 14 sup + 3 f 14 inf barre appoggio: 3 f 14 sup + 1 f 14 inf armatura a taglio: 2 f 14 rialzati carico di rottura sperimentale 131,40 kn carico di rottura teorico 131,87 kn D = 0,5 %

inf barre appoggio: 3 f 14 sup + 1 f 14 inf armatura a taglio: 2 f 14 rialzati

11 IL DIMENSIONAMENTO DEGLI INTERVENTI DI RINFORZO Efficienza Confinamento = 1 DM LA REALIZZAZIONE DEGLI INTERVENTI

12 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.

14 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 f ck =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 e circ.617/2009). Modello: muratura intelaiata con travi e pilastri cls poco armati

15 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.

significativi nella destinazione futura (UTA) Sistema di rinforzo FRCM con fibre di PBO per i

16 RINFORZO SOLAIO LATEROCEMENTIZI (2012) Rinforzo a flessione travetti, abitazione in Loreto (AN) Ruregold XS + Ruregold Mx calcestruzzo

17 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 (neanche in fase di cantiere)

18 RINFORZO TRAVI C.A.P (2014) Rinforzo a taglio travi luce 20m, industria alimentare in Mantova Ruregold XP + Ruregold mx calcestruzzo Jx joint mj joint

19 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.

20 Ponti sulla S.S. Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014 in corso!

22 Ponti sulla Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014 in corso! Ruregold XT + Ruregold Mx calcestruzzo Exocem PVA-TX + Rurecoat 3

23 Ruregold XT + Ruregold Mx calcestruzzo

24 Incremento resistenza a flessione di un elemento in c.a. Equazione dell asse neutro Calcolo del momento resistente della sezione rinforzata

25 Incremento resistenza a taglio di un elemento in c.a.

26 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 vita utile >100 anni FRP vita utile anni FRCM opere ordinarie e grandi FRP solo opere provvisionali

27 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 f ck =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

28 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Rimozione copriferro e applicazione Passivante cementizio Rurecoat 3

29 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Ricostruzione copriferro con malta ad elevata duttilità Con fibre strutturali tridimensionali in PVA EXOCEM PVA-TX

30 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema FRCM RUREGOLD XP CALCESTRUZZO

31 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema FRCM RUREGOLD XP CALCESTRUZZO (fine lavoraz)

32 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

33 CONCLUSIONI L uso di materiali compositi FRCM consente di aumentare la resistenza a taglio ed a flessione di elementi in cemento armato con alcuni vantaggi dovuti alle seguenti ragioni: - la rapidità delle fasi esecutive - l applicazione del rinforzo senza perforazioni invasive - medesimo coefficiente di dilatazione termica di cls e acciaio - la piena compatibilità meccanica, fisica e chimica del rinforzo con il c.a. - garanzia di durata della efficacia dell azione del rinforzo superiore alla vita nominale delle strutture su cui si interviene La maggior parte di questi vantaggi è legata all uso di una matrice di collegamento di tipo cementizio, mentre il PBO consente di evitare coazioni termiche a differenza delle fibre di carbonio DURABILITA ELEVATA DEI RINFORZI FRCM FINE

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