G.F.R.P. Glass. Polymer SISTEMA FRCM INTONACO ARMATO

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1 G.F.R.P. Glass Fiber Reinforced Polymer SISTEM FRCM INTONCO RMTO

2 La collana I Quaderni Tecnici di Fibre Net vuole essere un utile e pratico strumento di lavoro per il mondo professionale e delle imprese che operano nel settore delle costruzioni. E il risultato di innumerevoli esperienze di cantiere e di svariati anni di ricerca e sperimentazione che hanno portato l azienda Fibre Net ad essere il principale riferimento nel campo dei materiali compositi applicati all edilizia.

3 SISTEM FRCM INTONCO RMTO Descrizione delle tecniche di rinforzo INTRODUZIONE La maggior parte delle costruzioni esistenti nei centri storici delle città europee è costruita in muratura ordinaria di mattoni o in pietra. Si possono trovare svariate tessiture per le murature in pietra, in relazione alla dimensione ed alla forma degli elementi, alla loro provenienza, al tipo di pietra e alla qualità della malta. Frequentemente, questi edifici presentano muratura a paramento multiplo, provviste o meno di un effettiva connessione tra gli stessi. In presenza di azioni sismiche le pareti verticali sono soggette ad elevate azioni orizzontali nel piano (taglio) e fuori piano (flessione). La resistenza a taglio delle pareti in muratura di edifici esistenti è alquanto limitata cosicché la capacità resistente al terremoto è intrinsecamente collegata al collasso per taglio dei maschi murari e delle fasce di piano. Inoltre, l azione orizzontale può causare collassi parziali dovuti all attivazione di vari meccanismi fuori piano riguardanti il movimento rigido di elementi in muratura. L azione fuori piano può essere considerevolmente ridotta attraverso una efficace connessione con solai rigidi nel proprio piano in modo tale che sia possibile garantire l integrità strutturale dell edificio ed evitare che la formazione di meccanismi di tipo locale possa anticipare il collasso della struttura. Il presente Quaderno Tecnico descrive l efficacia della tecnica di rinforzo della muratura mediante l applicazione su entrambe le facce di un intonaco di malta armato con rete in GFRP. Il sistema FIBREBUILD FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) utilizza la tecnica dell intonaco armato applicato su entrambe le facce della muratura impiegando reti, connettori ed accessori in GFRP abbinati a malte preferibilmente a base calce, realizzando intonaci armati collaboranti che migliorano le resistenze meccaniche delle murature, di seguito indicato come Intonaco rmato FRCM. La rete in GFRP è prodotta con tecnologia TextrusionTM, le barre della rete sono costituite da fibre di vetro lunghe impregnate con resina termoindurente. Nella formazione della rete le fibre delle due direzioni sono intrecciate ortogonalmente in modo da creare una maglia monolitica. La connessione dei due intonaci rinforzati è ottenuta applicando degli elementi a L in GFRP previsti in ragione di 4/6 al m2 e disposti secondo uno schema a quinconce. La realizzazione della tecnica illustrata si articola nelle seguenti fasi: 1. Studio della muratura, spessore e analisi dei materiali; 2. Rimozione dell intonaco pre-esistente e della malta dai giunti tra gli elementi di muratura (10-15mm in profondità), da entrambe le facce del pannello; 3. Realizzazione dei fori passanti, con diametro pari a 25 mm, rinzaffo con eventuale risarcitura e applicazione della rete in GFRP; 4. Inserimento del connettore in GFRP di lunghezza pari allo spessore della muratura; Figura 1 Schematizzazione degli interventi di rinforzo sulle murature attraverso la tecnica dell intonaco armato e rete in GFRP. sinistra muratura in ciottoli e a destra muratura a sacco. 4 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 5

4 Descrizione delle tecniche di rinforzo Campi di applicazione 5. Posa della rete sull altro lato del paramento murario; 6. Taglio della parte eccedente del connettore se necessario; La tecnica dell Intonaco rmato FRCM si applica sulle superfici di muratura e di volte su edifici di carattere storico-monumentale soggetti a vincoli di tutela. Sussistono, tuttavia, alcune situazioni nelle quali non è possibile adottare i rinforzi descritti. È infatti necessario assicurarsi che le caratteristiche della muratura e dell immobile sul quale si interviene consentano la rimozione del vecchio intonaco. Sperimentazioni 7. Inserimento nel foro del secondo connettore in GFRP creando una sovrapposizione di almeno 10 cm; 8. Iniezione di resina epossidica tixotropica per solidarizzare i connettori; La tecnica dell Intonaco rmato FRCM si applica sulle superfici di muratura e di volte su edifici di carattere storico-monumentale soggetti a vincoli di tutela. Sussistono, tuttavia, alcune situazioni nelle quali non è possibile adottare i rinforzi descritti. È infatti necessario assicurarsi che le caratteristiche della muratura e dell immobile sul quale si interviene consentano la rimozione del vecchio intonaco. CRTTERIZZZIONE DEI MTERILI La tecnica di rinforzo descritta prevede l utilizzo di diversi elementi e materiali la cui scelta scaturisce da un lavoro di ricerca mirato a determinare il migliori comportamento sia in termini di efficacia che di semplicità operativa. l fine di determinare le caratteristiche meccaniche dei materiali utilizzati per la costruzione dei pannelli da sottoporre a compressione diagonale, sono state eseguite le seguenti prove: 9. pplicazione dei fazzoletti di ripartizione se necessario; 10. pplicazione di un nuovo strato di intonaco di malta. Lo spessore dell intonaco è di circa 30 mm per lato. Prove di compressione sui mattoni; Prova di compressione e di trazione sulle malte; Prova di compressione su elementi in muratura; Prova di trazione sui connettori; Prova di estrazione sui connettori (Pull-off); Prova di trazione sulla rete. 6 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 7

5 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE È stata programmata una vasta campagna sperimentale su 64 campioni di muratura di forma quadrata (dimensioni 1160x1160mm), considerando l influenza di diversi parametri: tipo di muratura, tipi di malte e maglia delle reti in GFRP. Per confronto sono stati testati anche alcuni pannelli rinforzati con rete elettrosaldata in acciaio. Quattro campioni non rinforzati sono stati riparati dopo l esecuzione della prova di compressione diagonale con le tecniche di rinforzo in studio e sottoposti nuovamente alla prova. La resistenza a taglio di una pannello in muratura può essere valutata attraverso delle prove di compressione diagonale da cui è possibile determinare direttamente la resistenza a trazione della muratura quindi anche quella a taglio in assenza di compressione. Muro a due teste 250 mm Muro a due teste 250 mm Muro due teste 250 mm Muro a due teste 250 mm Muro due teste 250 mm Muro a due teste 250 mm Muro a a tre teste 380 mm Muro a tre B teste 380 mm Muro a tre teste 380 mm Muro a tre teste 380 mm Muro a tre teste 380 mm Muro a tre teste 380 mm Base in in legno o cls o cls Figura 2. Schema di prova a compressione diagonale Le prove di compressione diagonale sono state condotte su: 20 campioni di muratura a due teste di mattoni pieni (spessore di 250 mm), 18 campioni di muratura a tre teste di mattoni pieni (spessore di 380 mm), 12 campioni di muratura di mattoni pieni a doppio paramento con sacco interno in ciottoli di pietra legati con malta molto scadente (spessore totale di 380 mm) ed infine 14 campioni di muratura in pietra grossolanamente squadrata (spessore di 400 mm). La tessitura della muratura dei campioni di prova è illustrata nelle Figure 3 e 4. Sono stati utilizzati due tipi di malta per ogni gruppo di campioni: il tipo ed il tipo C per la muratura a due teste, e B per le altre tipologie di muratura. Per il rinforzo della muratura dei campioni sono state utilizzate 5 differenti maglie di rete in GFRP: il tipo S con maglie 33x33 mm, 66x66 mm e 99x99 mm, ed il tipo D (barra della rete con doppia quantità di fibre rispetto alla rete S ) con maglie 66x66 mm e 99x99 mm. Infine 6 campioni sono stati rinforzati con rete in acciaio elettrosaldata: 4campioni con rete Φ5 e maglia 150x150 mm e 2 con rete Φ6 e maglia 200x200 mm. l fine di verificare la ripetibilità del risultato sono stati testati due campioni per ogni caso considerato. Base in legno cls Base in legno cls Muro a sacco 380 mm Muro a sacco (a) 380 mm Sacco in ciottoli e malta Muro a C sacco 380 mm Sacco in ciottoli e malta Muro a sacco 380 mm Sacco in ciottoli e malta Figura 3. Dimensione e tessitura dei campioni: a) muratura a due teste (250 mm), b) muratura a tre teste (380 mm). Sacco in ciottoli e malta 2^ 2^ 1^ Fila Fila Fila 2^ Fila 1^ Fila 1^ Fila Figura 4. Dimensione e tessitura dei campioni: c) muratura a doppio paramento con sacco in ciottoli di pietra (380 mm), d) muratura di pietra (circa 400 mm). 8 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 9 (a) (b) 1^ 1^ Fila Fila Muro in in pietrame 400 mm (b) Muro in pietrame 400 mm Muro in in pietrame D 400 mm Muro in in pietrame 400 mm Base in in legno o cls o cls Base in in legno o o cls cls Base in in legno o o cls cls 2^ Fila 2^ Fila 2^ Fila

6 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Le caratteristiche dei campioni sono riassunte nella Tabella 1. I campioni sono descritti attraverso un identificatore alfa-numerico, suddiviso in tre parti: le prime due lettere rappresentano il tipo di muratura (MD muratura a due teste, MT muratura a tre teste, MS muratura a sacco, MP muratura in pietra); nella seconda parte il numero distingue i due campioni con le stesse caratteristiche e il tipo di malta; nella terza parte dell identificatore si distinguono tipo di rete (S acciaio, F GFRP), la maglia della rete ed infine le caratteristiche delle barre della rete GFRP (S barra standard, D barra con doppia quantità di fibre rispetto a S). I campioni non rinforzati non hanno il terzo gruppo di caratteri mentre i campioni rinforzati con intonaco applicato solamente su una delle due facce hanno una lettera L aggiunta alla fine della sigla. Campione Malta Tipo di rinforzo Campione Malta Tipo di rinforzo Le prove sperimentali di compressione diagonale sono state eseguite presso il laboratorio di FibreNet da personale del Dipartimento di Ingegneria Civile e mbientale dell Università di Trieste e con attrezzature della stessa Università. Per l esecuzione delle prove di compressione diagonale è stato progettato un apposito apparato di prova, in modo tale da applicare il carico senza dover movimentare il campione. Il dispositivo di applicazione del carico è costituito da due elementi metallici appositamente conformati per essere posti alle estremità del pannello e collegati attraverso quattro barre in acciaio. Durante la prova il carico è applicato mediante un martinetto idraulico (azionato mediante una pompa manuale) alloggiato sull angolo superiore del campione. Gli spostamenti relativi subiti dai campioni durante l esecuzione delle prove sono stati misurati applicando due coppie di trasduttori potenziometrici sulle facce posteriori e anteriori dei pannelli. Muratura a due teste di mattoni pieni (spessore 250mm) MD-1 MD-2 - MD-1-F33S MD-2-F33S Rete GFRP S (33x33mm) MD-1-F66S MD-2-F66S Rete GFRP S (66x66mm) MD-1-F99S MD-2-F99S Rete GFRP S (99x99mm) MD-1-S150 MD-2-S150 Rete elettr. Φ5 (150x150mm) MD-1-S200 MD-2-S200 Rete elettr. Φ6 (200x200mm) MD 1C MD 2C C - MD-1C-F33S MD-2C-F33S C Rete GFRP S (33x33mm) MD-1C-F66S MD-2C-F66S C Rete GFRP S (66x66mm) MD-1C-F99S MD-2C-F99S C Rete GFRP S (99x99mm) Muratura a tre teste di mattoni pieni (spessore 380mm) MT-1 MT-2 - MT-1-F33S MT-2-F33S Rete GFRP S (33x33mm) MT-1-F66S MT-2-F66S Rete GFRP S (66x66mm) MT-1-F66SL MT-2-F66SL Rete GFRP S (66x66mm), rinforzo singolo MT-1-F66D MT-2-F66D Rete GFRP D (66x66mm) MT-1-F99D MT-2-F99D Rete GFRP D (99x99mm) MT-1-S150 MT-2-S150 Rete elettr. Φ5 (150x150mm) MT-1B MT-2B B - MT-1B-F99D MT-2B-F99D B Rete GFRP D (99x99mm) Campione Malta Tipo di rinforzo Campione Malta Tipo di rinforzo Muratura di mattoni pieni a sacco, doppio paramento MS-1 MS-2 - MS-1-F66S MS-2-F66S Rete GFRP S (66x66mm) MS-1-F99S MS-2-F99S Rete GFRP S (99x99mm) MS-1B MS-2B B - MS-1B-F33S MS-2B-F33S B Rete GFRP S (33x33mm) MS-1B-F66S MS-2B-F66S B Rete GFRP S (66x66mm) Muratura rinforzata post rottura MD-2 Rete GFRP S (66x66mm) MP-1 MP-2 MP-1B MP-2B B Rete GFRP S (66x66mm) Rete GFRP S (66x66mm) Muratura in pietra grossolanamente squadrata MP-1 MP-2 - MP-1-F33S MP-2-F33S Rete GFRP S (33x33mm) MP-1-F66S MP-2-F66S Rete GFRP S (66x66mm) MP-1-F66SL MP-2-F66SL Rete GFRP S (66x66mm), rinforzo singolo MP-1-F66D MP-2-F66D Rete GFRP D (66x66mm) MP-1B MP-2B B - MP-1B-F66S MP-2B-F66S B Rete GFRP S (66x66mm) Figura 5. pparato di prova Tabella 1. Campioni testati. Tabella 1. Campioni testati. 10 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 11

7 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Come specificato in precedenza, sono stati sottoposti a prova di compressione diagonale 64 campioni in muratura. La procedura di carico è caratterizzata da una sequenza di cicli di cario-scarico-ricarico con ampiezza di 25 kn fino al valore di picco della resistenza. La velocità del carico è stata regolata manualmente in modo tale che risultasse costante, sia in fase di carico che in fase di scarico e paria a circa 1,2 kn/s. I cicli di carico-scarico, nella maggior parte dei casi, riguardano solo il primo tratto della curva fino al raggiungimento del carico massimo e servono per evidenziare se durante lo scarico-ricarico si hanno significativi cicli di isteresi. Individuato il carico di picco (carico a cui corrisponde la massima resistenza del pannello), la prove sono state condotte monotonamente e a controllo di spostamento fino a quando la contrazione della diagonale compressa ha raggiunto un valore prossimo ai 20 mm. partire dal carico F registrato dal trasduttore di pressione, nell ipotesi di poter studiare il sistema come un problema elastico di una lastra caricata nel suo piano con due forze F agenti su due spigoli opposti di una diagonale, è possibile ricavare lo stato tensionale che si verifica nel punto centrale del pannello: σ xx = σ yy = 0.56 F σ xy = τ = 1.05 F La resistenza a trazione per fessurazione diagonale nel centro del pannello è assunta pari al valore della tensione principale massima in corrispondenza del raggiungimento del carico ultimo: ft = 0.5 F max Il valore di resistenza a taglio, in accordo con il criterio di resistenza formulato da Turnsek Cacovic (1971) e quanto prescritto nella Circolare n. 617/C.S.LL.PP del al punto C , può essere valutato come: τ o = ft 0.5 La conoscenza del comportamento deformativo del panello nel corso della prova è realizzata attraverso l acquisizione delle letture effettuate dalle quattro basi deformometriche disposte lungo le diagonali del campione su ciascuna faccia. La deformazione della i-esima diagonale () viene calcolata secondo la relazione: ϵ i = D - D i i.iniziale D i.iniziale Il comportamento complessivo del pannello può essere valutato mediando i valori relativi alle diagonali tese e compresse dei due lati ottenendo in tal modo le deformazioni di compressione ( ϵ c ) e di trazione ( ϵ t ). La deformazione angolare γ viene quindi calcolata come: γ = ϵ c + ϵ t Nella tabelle seguenti sono riportati i risultati ottenuti dalle prove per tutti i campioni esaminati. Campione P max ε spl ε c P 05 [kn] [ ] [ ] [kn] P max (R) / P max (U) P 05 (R) / P 05 (U) Muratura a due teste di mattoni pieni (spessore 250mm) MD-1 214,19 0,18-0,26 19, MD-2 169,54 0,24-0,25 15, MD-1-F33S 389,37 0,12-0,51 224,27 2,03 12,86 MD-2-F33S 371,73 0,14-0,32 244,47 1,94 14,02 MD-1-F66S 372,48 0,33-0,41 251,57 1,94 14,43 MD-2-F66S 419,78 0,54-0,42 173,86 2,19 9,97 MD-1-F99S 422,95 0,27-0,33 134,06 2,20 7,69 MD-2-F99S 400,34 0,30-0,53 180,96 2,09 10,38 MD-1-S ,56 0,58-0,76 152,29 1,69 8,73 MD-2-S ,34 0,19-0,97 221,86 1,77 12,72 MD-1-S ,77 0,72-0,76 214,18 2,12 12,28 MD-2-S ,97 0,22-0,31 220,38 2,07 12,64 MD 1C 275,10 0,15-0,20 21, MD 2C 238,80 0,12-0,22 24, MD-1C-F33S 420,80 0,22-0,76 229,16 1,64 10,00 MD-2C-F33S 412,89 0,44-1,04 211,34 1,61 9,23 MD-1C-F66S 474,58 0,59-0,46 226,13 1,85 9,87 MD-2C-F66S 505,96 0,55-0,40 170,06 1,97 7,42 MD-1C-F99S 469,56 0,13-0,36 113,29 1,83 4,95 MD-2C-F99S 539,67 0,43-0,59 234,05 2,10 10,22 Tabella 2. Risultati Tabella delle 2. prove Risultati di compressione delle prove di diagonale compressione su pannelli diagonale a due su teste pannelli a due teste Campione P max ε spl ε c P 05 [kn] [ ] [ ] [kn] P max (R) / P max (U) P 05 (R) / P 05 (U) Muratura a tre teste di mattoni pieni (spessore 380mm) MT-1 258,86 0,22-0,18 46, MT-2 312,59 0,32-0,24 57, MT-1-F33S 478,82 0,28-0,67 299,04 1,68 5,78 MT-2-F33S 481,97 0,21-0,48 300,09 1,69 5,80 MT-1-F66S 530,38 0,34-0,51 312,10 1,86 6,03 MT-2-F66S 434,51 0,23-0,47 267,67 1,52 5,18 MT-1-F66SL 385, ,35 - MT-2-F66SL 349, ,22 - MT-1-F66D 548,27 0,36-1,11 381,23 1,92 7,37 MT-2-F66D 575,38 0,20-0,38 307,38 2,01 5,94 MT-1-F99D 457,39 0,11-0,37 214,98 1,60 4,16 MT-2-F99D 414,42 0,16-0,35 214,84 1,45 4,15 MT-1-S ,02 0,12-0,17 235,57 1,74 4,55 MT-2-S ,12 0,13-0,36 258,68 1,41 5,00 MT-1B 242,67 0,20-0,17 39, MT-2B 285,98 0,15-0,21 43, MT-1B-F99D 413,92 0,13-0,58 154,72 1,57 3,70 MT-2B-F99D 315,69 0,17-0,38 171,69 1,19 4,11 Tabella 3. Risultati delle prove di compressione diagonale su pannelli a tre teste. Tabella 3. Risultati delle prove di compressione diagonale su pannelli a tre teste. 12 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 13

8 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE P max ε spl ε c P 05 Campione P max (R) / P max (U) P 05 (R) / P 05 (U) [kn] [ ] [ ] [kn] Muratura di mattoni pieni a sacco, doppio paramento MS-1 221,92 0,07-0,16 71, MS-2 202,63 0,04-0,22 64, MS-1-66S 354,68 0,15-0,37 197,32 1,67 2,90 MS-2-66S 338,88 0,11-0,34 155,08 1,60 2,28 MS-1-99S 370,49 0,07-0,36 179,15 1,75 2,64 MS-2-99S 309,55 0,11-0,33 175,41 1,46 2,58 MS-1B 177,48 0,07-0,22 53, MS-2B 170,40 0,05-0,22 49, MS-1B-33S 292,30 0,09-0,42 144,10 1,68 2,79 MS-2B-33S 301,05 0,23-0,72 142,53 1,73 2,76 MS-1B-66S 249,94 0,34-0,39 176,48 1,44 3,42 MS-2B-66S 252,85 0,76-0,82 173,56 1,45 3,36 lla 4. Risultati Tabella 4. delle Risultati prove delle di compressione prove di compressione diagonale diagonale su campioni su campioni di muratura di muratura a doppio a paramento doppio paramento e sacco in e sacco ciottoli in di pietra ciottoli di pietra P max ε spl ε c P 05 Campione P max (R) / P max (U) P 05 (R) / P 05 (U) [kn] [ ] [ ] [kn] Muratura in pietra grossolanamente squadrata MP-1 135,66 0,98-0,71 61, MP-2 126,36 0,74-0,23 49, MP-1-F33S 388,01 1,07-0,97 245,37 2,96 4,40 MP-2-F33S 359,97 1,42-0,65 266,61 2,75 4,78 MP-1-F66S 331,89 0,97-1,11 256,43 2,53 4,59 MP-2-F66S 366,35 0,73-1,74 233,29 2,80 4,18 MP-1-F66SL 196, ,50 - MP-2-F66SL 189, ,45 - MP-1-F66D 410,68 1,12-2,09 307,57 3,13 5,51 MP-2-F66D 398,24 1,30-0,95 313,31 3,04 5,61 MP-1B 117,19 1,19-0,84 42, MP-2B 114,99 0,97-0,58 39, MP-1B-F66S 368,86 0,71-0,13 317,74 3,18 7,69 MP-2B-F66S 393,05 0,88-0,85 348,27 3,39 8,43 Tabella Tabella 5. Risultati 5. Risultati delle delle prove prove di compressione di compressione diagonale diagonale su su campioni campioni di di muratura in in pietra grossolanamente squadrata Nelle pagine seguenti sono riportate delle tabelle che contengono le immagini dei pannelli murati testati e le curve dei diagrammi sperimentali carico-deformazione tangenziale ottenute dalle prove di compressione diagonale distinte per tipologia di muratura e di malta utilizzata per il confezionamento dei campioni. Muratura a due teste non rinforzata Muratura a due teste rinforzata con rete 33x33S Muratura a due teste rinforzata con rete 66x66S Muratura a due teste rinforzata con rete 99x99S Tabella 6. Campioni in muratura a due teste realizzati con malta tipo 14 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 15

9 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Muratura a due teste rinforzata con rete 99x99S Muratura a tre teste rinforzata con rete 99x99D Muratura a due teste rinforzata con rete 66x66S Muratura a due teste rinforzata con rete 33x33S Muratura a due teste non rinforzata Muratura a tre teste non rinforzata Muratura a tre teste rinforzata con rete 66x66D Muratura a tre teste rinforzata con rete 66x66S Muratura a tre teste rinforzata con rete 33x33S Tabella 7 Campioni in muratura a due teste realizzati con malta tipo C Tabella 8. Campioni in muratura a tre teste realizzati con malta tipo 16 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 17

10 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Muratura a tre teste rinforzata con rete 66x66SL Tabella 9. Campioni in muratura a tre teste rinforzati su un solo lato realizzati con malta tipo Muratura a due teste non rinforzata Muratura a due teste rinforzata con rete 33x33S Muratura a sacco non rinforzata Muratura a sacco rinforzata con rete 66x66S Muratura a sacco rinforzata con rete 99x99S Tabella 11. Campioni in muratura a sacco realizzati con malta tipo Tabella 10. Campioni in muratura a tre teste realizzati con malta tipo B 18 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 19

11 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Muratura a sacco rinforzata con rete 66x66S Muratura a sacco rinforzata con rete 33x33S Muratura a sacco non rinforzati Muratura di pietra rinforzata con rete 66x66D Muratura di pietra rinforzata con rete 66x66S Muratura di pietra rinforzata con rete 33x33S Muratura di pietra non rinforzata Tabella 12. Campioni in muratura a sacco realizzati con malta tipo B Muratura di pietra rinforzata con rete 66x66SL Tabella 13. Campioni in muratura di pietra realizzati con malta tipo 20 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 21

12 PROVE DI COMPRESSIONE DIGONLE Sperimentazioni Confronto dei risultati Muratura di pietra non rinforzata Dall osservazione dei risultati ottenuti dalle prove nei campioni rinforzati, rispetto a quelli non rinforzati, si nota un importante incremento della resistenza di picco e all atto della prima fessura diagonale una diminuzione graduale della resistenza anche per valori dei deformazione elevati (c = -0,5%). Dai diagrammi precedentemente riportati si nota, in generale, che le curve post-picco hanno un andamento indicativo di un elevata duttilità del sistema di rinforzo e della capacità di confinamento di murature con caratteristiche meccaniche deboli. PROVE DI FLESSIONE SEMPLICE SU 4 PUNTI Muratura di pietra rinforzata con rete 66x66S Tabella 14. Campioni in muratura di pietra realizzati con malta tipo B Le prove di flessione semplice su 4 punti sono state condotte su: 2 campioni di muratura a due teste di mattoni pieni (spessore di 250 mm), 2 campioni di muratura in ciottoli di fiume (spessore di 400 m) ed infine 2 campioni di muratura in pietra grossolanamente squadrata (spessore di 400 mm). Le dimensioni dei campioni sottoposti a prova di flesione semplice sono, in prospetto, pari a 1000 mm di base e 3000 mm di altezza. Lo spessore è diverso a seconda della tipologia muraria. Si è scelto di testare un solo campione non rinforzato per singola muratura, in modo tale da avere una base di confronto per valutare l efficacia e l incremento delle caratteristiche meccaniche in presenza di rinforzo. I campioni rinforzati sono dotati di 12 connessioni in GFRP, ovvero 4 connessioni al metro quadro. La malta di allettamento dei campioni ha una resistenza a compressione pari a 5 MPa mentre l intonaco è di malta bastarda, con resistenza a compressione pari a circa 8 MPa. Per l esecuzione delle prove di flessione semplice è stato progettato un apposito apparato di prova, in modo tale da applicare il carico senza dover movimentare il campione. Il dispositivo di applicazione del carico è costituito da una struttura metallica, composta da profili a doppia T e giuntata attraverso collegamenti bullonati. Due profili, uno posizionato all estremo superiore ed un a quello inferiore, connessi a due montanti laterali, vengono posti a contatto con una delle due facce del campione. Sull altra faccia, ai terzi dello sviluppo in altezza del campione, vengono posizionati due martinetti oleodinamici (carico massimo 142 kn ciascuno, pressione massima di esercizio pari a 700 bar), opportunamente connessi alla struttura in acciaio, al fine di applicare il carico. Tali martinetti vengono attivati dall utilizzo di una pompa manuale, del tipo descritto nelle prove di compressione diagonale. Sul campione vengono infine inseriti alcuni trasduttori di spostamento, con lo scopo di quantificare gli spostamenti e le rotazioni fuori dal piano del campione sollecitato. Figura 6. pparato di prova 22 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 23

13 PROVE DI FLESSIONE SEMPLICE SU 4 PUNTI Sperimentazioni Confronto dei risultati La procedura di carico è caratterizzata da una sequenza di cicli di cario-scarico-ricarico con ampiezza di 3-5 kn fino al valore di picco della resistenza per i campioni non rinforzati, mentre è stata seguita una procedura con cicli di 10 kn per i campioni rinforzati. La velocità del carico è stata regolata manualmente in modo tale che risultasse costante, sia in fase di carico che in fase di scarico e pari a circa 0.2 kn/s. I cicli di carico-scarico, nella maggior parte dei casi, riguardano solo il primo tratto della curva fino al raggiungimento del carico massimo e servono per evidenziare se durante lo scarico-ricarico si hanno significativi cicli di isteresi. Individuato il carico di picco (carico a cui corrisponde la massima resistenza del pannello), le prove sono state condotte in maniera monotona e a controllo di spostamento. Le prove sperimentali di flessione semplice sono state eseguite presso il laboratorio di Fibre Net S.r.l. da personale del Dipartimento di Ingegneria Civile e mbientale dell Università di Trieste e con attrezzature della stessa Università. La prova consiste nell applicazione di due carichi ai terzi dello sviluppo in altezza di un pannello murario tali da provocarne la rottura a flessione. Nei diagrammi riportati qui di seguito si riportano i risultati ottenuti dalle prove sperimentali a flessione semplice. Tali diagrammi riportano, nell asse delle ascisse, la freccia in mezzeria del campione, mentre in quello delle ordinate viene riportato il carico totale impresso al pannello murario. Vengono anche inserite alcune immagini dei campioni al momento dell apertura di fessura in mezzeria. La tecnica di rinforzo proposta offre significanti incrementi di resistenza: nella muratura di mattoni pieni in laterizio la resistenza di picco del campione rinforzato è pari a più di 4.8 volte quella del campione non rinforzato, nella muratura in pietra grossolanamente squadrata è circa 3.8 volte, mentre nei ciottoli si attesta attorno a 6.7 volte. Il collasso dei campioni non rinforzati avviene in contemporanea all apertura di fessura in mezzeria (fessura a sviluppo prettamente orizzontale sulla faccia tesa) ed è caratterizzato da un brusco calo di resistenza. Nei campioni rinforzati invece, si sviluppa un quadro fessurativo più diffuso (area di estensione coincidente con il terzo medio dei pannelli) e d il collasso avviene quando, in corrispondenza della fessura più ampia, i fili della rete in GFRP si rompono. nche in questo caso il collasso giunge in maniera fragile, ma con un ramo post picco sensibilmente più graduale. Il rinforzo contribuisce in maniera sensibile ad aumentare le prestazioni fuori dal piano del pannello murario, garantendo un ottima resistenza residua a fronte di elevati valori deformativi. Muratura rinforzata Condizione di innesco della fessura Muratura non rinforzata mpie deformazioni Comportamento fuori piano Muratura in ciottoli di fiume (spessore 400 mm) Muratura in laterizio pieno (spessore 250 mm) 24 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 25

14 Formule di utilità pratica Nel seguente paragrafo si propongono delle formule di utilità pratica che il progettista può applicare per determinare la resistenza a trazione e la rigidezza equivalente della muratura rinforzata mediante l applicazione della tecnica precedentemente illustrata. Per garantire un adeguata capacità dissipativa del pannello, è necessario che il meccanismo a puntone-tirante formato dalla rete e dalla malta dell intonaco (Figura 14) sia in grado di sopportare una forza superiore al 60% della resistenza di picco. Stima della resistenza a trazione equivalente in configurazione non fessurata Sulla base della ampia campagna sperimentale condotta su campioni di muratura di vario tipo, in seguito all analisi dei risultati sperimentali, a considerazioni teoriche e tenendo conto delle disposizioni riportate nelle NTC 2008 è stata formulata una relazione che consente di stimare la resistenza a trazione equivalente della muratura rinforzata. partire dalla resistenza a trazione della muratura non rinforzata ft,m, della resistenza a trazione della malta dell intonaco possibile calcolare la resistenza a trazione equivalente utilizzando la relazione è lo spessore della muratura escluso il rinforzo; è lo spessore dello strato di intonaco; è la dimensione della maglia della rete; è la rigidezza assiale di un filo della rete; rappresenta la deformazione della malta in condizione non fessurata ; equivale al modulo elastico della malta dell intonaco; e del tipo di rete utilizzata per il rinforzo è tint Er f t, calc ft, m 2 ft,int (1) tm tm p Dove: t m t int p E r E int f t,m, f t,calc u è un coefficiente che tiene conto dell efficienza dell intonaco armato sulla resistenza a trazione in funzione del tipo di muratura; la dimensione della maglia ha mostrato una leggera influenza sul valore del coefficiente dovuta principalmente alla maggiore difficoltà della malta di penetrare completamente all interno delle maglie. Dai risultati sperimentali si è notato che minore è la resistenza della muratura di base, maggiore è l incremento di resistenza. I valori assunti da tale coefficiente sono riportati nella tabella sottostante. f t,int util f t,int ; E int d erno Dallo studio sperimentale si è notato, infatti, che i campioni di muratura dimensionati per garantire una resistenza dopo la fessurazione superiore al 60% di quella di picco hanno mostrato una capacità di spostamento superiore al 0.6% dell altezza del pannello murario, in corrispondenza di una riduzione della resistenza del 40% di quella massima. Nello schema di Figura 14 il puntone equivalente di malta viene assunto di larghezza pari a 0.25 volte la lunghezza della diagonale ( 2 p ). Per il calcolo della quantità minima di armatura si valuta prima la forza di trazione diagonale F necessaria per far cedere a compressione il puntone diagonale, uguagliandola ad una forza di trazione proporzionale a quella di picco f c,int è F p fc, int tint 1 ft, calc tm 2 p (2) dove è la resistenza a compressione della malta dell intonaco e rappresenta la quota parte della resistenza di picco che può essere sopportata dal puntone di malta. Dall equazione (2) si ricava 1 :: 0.5 fc,int tint 1. (3) f t t, calc m Figura 7. Schema semplificato a puntone-tirante che simula le sollecitazioni in una maglia della rete inglobata nell intonaco Si determina poi la forza di trazione diagonale F necessaria per far cedere a trazione la rete, uguagliandola ad una forza di trazione proporzionale a quella di picco trazione diagonale F necessaria per far cedere a trazione la rete, uguagliandola oporzionale a quella di picco 1 r Muratura in mattoni, singolo paramento Muratura in pietra, singolo paramento Muratura a sacco, doppio paramento Valori del coefficiente GFRP 33S GFRP 66S GFRP 99S GFRP 66D GFRP 99D 150S 200S F 2 R f t p (4) 2 f 2 t, calc m 2 R f è razione di un filo della rete e 2 rappresenta 2 r la quota parte della resistenza di 2 r ortata dalla rete in GFRP. Dall equazione (4) si ricava 2: dove è la resistenza a trazione di un filo della rete e rappresenta la quota parte della resistenza di picco che può essere sopportata dalla rete in GFRP. Dall equazione (4) si ricava : 2 R f 2. (5) f t p t, calc m Tabella 15. Valori del coefficiente di efficienza dell armatura di rinforzo 26 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 27

15 Formule di utilità pratica Stima della resistenza a trazione equivalente in configurazione non fessurata Per una rottura bilanciata, corrispondente alla contemporanea rottura a compressione del puntone di malta e a trazione della rete, è necessario progettare la rete in modo che si soddisfatta la seguente uguaglianza: 1 2. (6) Per garantire una buona efficacia del sistema di rinforzo è inoltre necessario che la resistenza post fessurazione risulti, come anzidetto, superiore al 60% della resistenza raggiunta prima dell inizio della fessurazione. In particolare tale resistenza è consigliabile sia compresa tra il 60% e il 100% della resistenza non fessurata min(, ) 1.0. Si possono usare anche valori superiori all unità, ma i benefici sia in termini di resistenza che di duttilità sono contenuti. Stima della rigidezza equivalente CONCLUSIONI I risultati ottenuti dalle prove di compressione diagonale evidenziano un significativo aumento della resistenza di picco nei campioni rinforzati rispetto a quelli non rinforzati. Inoltre, mentre nei campioni non rinforzati in muratura di mattoni dopo il picco si ha un brusco calo della resistenza fino a valori molto modesti, nei campioni rinforzati si ha un ramo decrescente con valori di resistenza significativi fino a deformazioni di compressione media elevati (-0.5%). In sostanza dopo il picco la struttura conserva, a differenza di quanto accade per il campione non rinforzato, una capacità dissipativa importante. L interpretazione delle prove di compressione diagonale ha permesso di ricavare informazioni importanti riguardanti la resistenza, la rigidezza e la duttilità del materiale muratura rinforzata. E stato cioè definito un materiale omogeneo e isotropo equivalente alla muratura rinforzata del quale sono stati ricavati, dai risultati sperimentali, la resistenza a trazione, il modulo di elasticità tangenziale ed alcuni indici che caratterizzano la duttilità del materiale stesso. La resistenza a trazione equivalente dei campioni rinforzati risulta essere quasi raddoppiata rispetto ai campioni non rinforzati di muratura a due teste di mattoni, mentre è circa 1,6 volte superiore per il raggruppamento dei campioni di muratura a tre teste e a sacco. Per la muratura in pietra grossolanamente squadrata la resistenza è risultata quasi triplicata. I moduli di elasticità tangenziale equivalente subiscono variazioni comprese tra 1.4 e 1.8 volte il modulo della muratura non rinforzata. Non si hanno quindi considerevoli variazioni di rigidezza. In caso di evento sismico, l ottimo comportamento fuori piano della muratura rinforzata impedisce il collasso prematuro della parete di taglio e permette alla stessa di resistere efficacemente nel proprio piano, garantendo una elevata dissipazione di energia. Dall analisi dei risultati sperimentali ottenuti dalla ampia campagna di prove condotte su campioni di vario tipo è stato possibile determinare una relazione che consente di stimare un valore del modulo di elasticità tangenziale equivalente Gcalc della muratura rinforzata. partire dal modulo di elasticità tangenziale della muratura non rinforzata Gm e del valore del modulo di elasticità tangenziale della malta dell intonaco Gint è possibile calcolare il modulo di elasticità tangenziale equivalente Gcalc utilizzando la relazione Dove: t m t int G int G calc t int Gm 2 Gint (7) tm è lo spessore della muratura escluso il rinforzo; è lo spessore dello strato di intonaco; indica il modulo di elasticità tangenziale della malta dell intonaco che può essere ricavato da prove sperimentali o da indicazioni del produttore nel caso di malte premiscelate a prestazione garantita; BIBLIOGRFI è un coefficiente che tiene conto del confinamento dovuto all intonaco armato sulla rigidezza del materiale equivalente alla muratura rinforzata. I valori assunto da tale coefficiente sono riportati nella tabella sottostante Muratura in mattoni, singolo paramento Muratura in pietra, singolo paramento Muratura a sacco, doppio paramento Valori del coefficiente GFRP 33S GFRP 66S GFRP 99S GFRP 66D GFRP 99D 150S 200S [1] D.M Norme Tecniche per le Costruzioni ; [2] Circolare n. 617 del C.S.LL.PP. del ; [3] N.Gattesco,. Dudine, Rapporto tecnico n.1. Studio dell efficacia del sistema di rinforzo delle murature con l impiego della rete in materiale composito fibrorinforzato GFRP prodotta dalla ditta Fibre Net di Udine, Dicembre 2010; Tabella 16. Valori del coefficiente x di incremento della rigidezza per il rinforzo 28 SISTEM FRCM INTONCO RMTO SISTEM FRCM INTONCO RMTO 29

16 PPUNTI 30 SISTEM FRCM INTONCO RMTO

17 Fibre Net S.r.l. Via Jacopo Stellini, 3 - Z.I.U Pavia di Udine (Ud) ITLY Tel Fax info@fibrenet.info Sede Legale: Via del Lini, MORUZZO (UD) zienda certificata ISO 9001:2008 Member of ssociazioni: d: Primastudio udine - Stampato su carta ecologica FSC Rev. 0 aprile 2013 doc. FB 003