Rinforzi strutturali di opere esistenti

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Daniela Natale
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1 "Rinforzi Struttura Sika Itali Rinforzi strutturali di opere esistenti L innovativa tecnologia dei materiali compositi in fibra di carbonio

2 Aspetti storici Gli FRP hanno fatto la loro prima comparsa in edilizia con qualche applicazione di tipo sperimentale (Giappone, U.S., U.K.) 1987 Il gruppo Sika incominciò le prime applicazioni sperimentali dopo diversi anni di ricerca presso i laboratori EMPA di Zurigo 1989 primo intervento di rinforzo con FRP su un ponte in legno a Sins. Il composito è monitorato nel tempo 1994 Sika Italia ha inserito nella propria produzione i prodotti compositi per i rinforzi strutturali principalmente come elementi pultrusi 1998 estensione della gamma prodotti ai tessuti principalmente in CFRP.

intervento di rinforzo con FRP su un ponte in legno a Sins.

3 Rinforzo strutturali di opere esistenti Come conseguenza di: * danni ad elementi portanti della struttura * degrado naturale dei materiali costituenti

4 Conseguenza: - Salto del copriferro - Riduzione della sezione resistente delle barre di armatura

5 Rinforzo strutturali di opere esistenti Come conseguenza di: * danni ad elementi portanti della struttura * degrado naturale dei materiali costituenti * necessità di aumentare la portanza di un elemento * necessità di ridurre la deformazione di un elemento * adeguamento antisismico

costituenti * necessità di aumentare la portanza di un elemento *

6 Tecnologia fino ad oggi utilizzata: il beton plaqué incollaggio strutturale di lastre in acciaio mediante un adesivo epossidico Soletta in calcestruzzo Resina epossidica (Sikadur 31) Protezione anticorrosione (Icosit 277) Lastra in acciaio Sika Itali

adesivo epossidico Soletta in calcestruzzo Resina epossidica

7 Vantaggi del beton plaqué Possibilità di variare la geometria delle lastre Elevata rigidezza strutturale Buona deformabilità plastica Possibilità di incrementare la resistenza a flessione Possibilità di rinforzi a taglio

Buona deformabilità plastica Possibilità di

8 Svantaggi legati alla tecnologia delle lastre in acciaio Peso specifico delle lastre elevato Difficoltà nel trasporto legate al peso e alle dimensioni delle putrelle e delle lastre Si necessita di apparecchiature per il loro posizionamento e puntello Non sono immuni alla corrosione

e alle dimensioni delle putrelle e delle lastre Si necessita di

9 La nuova tecnologia per il rinforzo strutturale CFRP: materiali compositi in fibra di carbonio Carbon Fiber Reinforced Plastic

10 Processo di pultrusione Le lamine preformate vengono prodotte industrialment da un impianto di pultrusione. Roving Guida Resina catalizzata Cilindri di traino Taglierina Vasca d impregnazione Dosatore Matrice sagomata Forno Manufatti

Roving Guida Resina catalizzata Cilindri di traino

11 Le lamine preformate sono un sistema di rinforzo strutturale composto da sottilissime lamine di materiale composito (fibra di carbonio volume 70% + matrice epossidica volume 30%) incollate sul sottofondo mediante una particolare resina epossidica strutturale. Particolare fortemente ingrandito del sezione della lamina

matrice epossidica volume 30%) incollate sul sottofondo mediante una

12 Vantaggi dei materiali compositi Vantaggi legati alle proprietà intrinseche dei materiali elevatissima resistenza a trazione basso peso specifico spessori contenuti immuni alla corrosione Vantaggi legati alla facilità di applicazione la posa in opera non richiede l uso di puntelli e di apparecchiature l applicazione non produce polvere o rumore i tempi richiesti sono particolarmente brevi si può seguire facilmente la geometria del sottofondo si possono realizzare interventi limitatamente invasivi perché l intervento può facilmente essere nascosto

puntelli e di apparecchiature l applicazione non produce polvere o rumore i tempi richiesti sono particolarmente brevi si può seguire

13 Dati tecnici LE LAMINE IN CFRP PREFORMATE Base fibra al carbonio armata con una matrice epossidica Tenore volumetrico in fibra* >68% Durata di conservazione illimitata (evitare l esposizione all irraggiamento solare diretto) Sika CarboDur S Sika CarboDur M Sika CarboDur H Modulo di elasticità > N/mm 2 > N/mm 2 > N/mm 2 Resistenza a trazione >2.800 N/mm 2 >2.400 N/mm 2 >1.300 N/mm 2 Valore medio della resistenza a trazione a rottura* N/mm N/mm N/mm 2 Allungamento a rottura* >1,7% >1,2% >0,45% Densità 1,5 g/cm 3 1,6 g/cm 3 1,6 g/cm 3 *valori meccanici ottenuti nella direzione longitudinale delle fibre

000 N/mm 2 >300.000 N/mm 2 Resistenza a trazione >2.800 N/mm 2 >2.400 N/mm 2 >1.300 N/mm 2 Valore medio della resistenza a trazione a rottura* 3.050 N/mm 2 2.

14 Diagramma sforzo - deformazione σ 2,800 Mpa 2,400 Mpa 1,400Mpa H S M acciaio ε 0,45% 1,2% 1,7%

15 Prova a rottura Il provino Sika CFRP Il provino dopo la sollecitazione a rottura Sika Itali

16 Modalità di rottura cls compresso acciaio teso (snervato) lamina

17 Lunghezza d incollaggio Carico agente sulla struttura M Tensioni tangenziali t

18 M Come ovviare a questo problema: Lamina in carbonio Tessuto in carbonio Lamina in carbonio

19 Preparazione del sottofondo Controllo della planarità e della coerenza del sottofondo in calcestruzzo. Controllo della resistenza minima del sottofondo: richiesti 1,5 N/mm 2 (prova Sattec). Sabbiatura superficie sabbiata Pulizia del sottofondo mediante sabbiatura (ev. pistola ad aghi). superficie NON sabb

Controllo della resistenza minima del sottofondo: richiesti 1,5 N/mm 2

20 Ricostruzione delle parti discontinue e delle zone in cui è saltato il copriferro Lamina Carbodur Eseguire un riprofilamento del calcestruzzo con specifich malte epossidiche - Sikadur 41 e/o 31 - oppure con malt bicomponenti cementizie, fibrorinforzate tipo SikaTop 12 a basso modulo elastico

con specifich malte epossidiche - Sikadur 41 e/o 31 - oppure con malt

21 Lamine preformate : Quando utilizzarle e fasi di lavoro Sika Itali

22 Sika Itali

23 I tessuti in FRP da impregnare a secco Caratteristiche tecniche dei tessuti in CFRP - fibra di carbonio SikaWrap Hex 230C Tipo della fibra fibra di carbonio ad alta resistenza Orientamento delle fibre : unidirezionali Larghezza del tessuto 0 (unidirezionali): 610 mm Peso del tessuto: 230 g/m 2 Spessore di progetto del tessuto 0,13 mm (basato sull area totale delle fibre di carbonio) Resistenza a trazione delle fibre >3500 N/mm 2 Modulo elastico a trazione delle fibre: 230 kn/mm 2 Deformazione a rottura 1,5 % Confezioni rotoli da 45,7 metri di lunghezza

24 Caratteristiche tecniche dei tessuti in CFRP - fibra di carbonio SikaWrap 160 C Tipo della fibra fibra di carbonio ad alta resistenza Orientamento delle fibre : bidirezionale 0-90 Larghezza del tessuto: 600 mm Peso del tessuto 1,77 Kg/l Spessore di progetto del tessuto 0,10 mm (basato sull area totale delle fibr di carbonio) Resistenza a trazione delle fibre >3950 N/mm 2 Modulo elastico a trazione delle fibre: 238 kn/mm 2 Deformazione a rottura 1,55 % Confezioni rotoli da 50 metri di lunghezza

26 Applicazione dei tessuti a secco sul sottofondo Tessuto o Mat Rullo Resina Stampo

27 Tessuti: Quando utilizzarli e fasi di lavoro Posa a secco Sika Itali

28 Posa ad umido

29 Heating Device Accelerazione della polimerizzazione della resina epossidica Applicazioni a basse temperature ambienta e di supporto Rinforzo sotto sollecitazioni dinamiche Resina epossidica Senza utilizzo del Heating Device Con utilizzo del Heating Device Sikadur C + 2 C

30 Tempo di attesa per la sollecitazione della struttura Resina epossidica Senza utilizzo del Heating Device Con utilizzo del Heating Device + 10 C + 25 C + 60 C + 70 C + 80 C Giorni Sikadur Ore

31 Pretensionamento di lamine Sistema attivo: inizia a lavorare prima che la struttura riceva il carico Riduce il rischio di peelin alle estremità della lamina (la zona di massimo valore di scorrimento) Riduce l inflessione Attenua l ampiezza delle fessurazioni

32 Pretensionamento di lamine Sika Itali

33 Pretensionamento di lamine Sika Itali

34 Certificazione compositi Il Sistema Sika CarboDur è stato approvato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici - assemblea del 9/7/1999 n protocollo 149 Il Sistema Sika CarboDur ed i tessuti della gamma SikaWrap sono presenti in alcuni prezziari regionali ad es. B.U.R. Marche del 12/97. I compositi sono stati approvati dal c.n.r.

35 I compositi in fibra di carbonio sono inseriti nelle Raccomandazioni FIB

36 Raccomandazioni FIB il bollettino n 14 contiene: materiali di rinforzo e tecniche di applicazione basi di calcolo rinforzo a flessione - verifica del peeling rinforzo a taglio e flessione confinamento esecuzione pratica effetti ambientali sul rinforzo

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