Corso breve per ingegneri strutturisti

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1 ORDINE DEGLI INGEGNERI DI PESCARA Corso breve per ingegneri strutturisti Il quadro normativo nazionale e le linee guida dei materiali compositi a matrice organica ed inorganica prof. ing. Luigi Ascione l.ascione@unisa.it 22 aprile 2016

2 Sommario della presentazione Richiami dalle Norme Tecniche ScopodelledueLineeGuidaFRPeFRCM Aspetti in comune Linea Guida FRP: sistemi preformati e sistemi realizzati in situ LineaGuidaFRCM

3 Il dettato delle Norme Tecniche Le vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni, approvate con D.M.14 gennaio 2008 prescrivono, al 11.1, che tutti i materiali e prodotti da costruzione, quando impiegati per uso strutturale, debbano essere identificabili, in possesso di specifica qualificazione all uso previsto e debbano altresì essere oggetto di controllo in fase di accettazione da parte del Direttore dei lavori. A tal fine il citato Decreto prevede che i materiali ed i prodotti da costruzione per uso strutturale, quando non marcati CE ai sensi del Regolamento UE n.305/2011 o non provvisti di Benestare Tecnico Europeo, attualmente denominato ETAss (European Technical Assessment) ai sensi dell art. 26 del Regolamento (UE) n. 305/2011, debbano essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica all impiego (CIT) rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale, sulla base di Linee Guida approvate dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici.

4 Qualificazione dei Materiali Compositi Per soddisfare i suddetti requisiti il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha predisposto, recentemente, due Linee Guida, aventi ad oggetto i seguenti tipi di sistemi di rinforzo impiegati per il consolidamento strutturale: Sistemi FRP, realizzati mediante l impiego di fibre lunghe e continue immerse in una matrice polimerica termoindurente; Sistemi FRCM, realizzati mediante l impiego di reti immerse in una matrice inorganica a base di calce o cemento.

5 Sistemi FRP I sistemi di rinforzo FRP, realizzati mediante l impiego di fibre lunghe e continue di vetro, carbonio o arammide, ed immerse in una matrice polimerica termoindurente, oggetto della Linea Guida,sonodiduetipi: Sistemi preformati (lamine e resine per l incollaggio al supporto devono essere commercializzati da uno stesso soggetto); Sistemi impregnati in situ (le due fasi, resina e tessuto, devono essere commercializzate da uno stesso soggetto).

6 Esempi di FRP

7 Sistemi FRCM Sono costituiti da: matrice inorganica, rete di rinforzo, eventuali additivi, tra cui anche microfibre polimeriche introdotte nella matrice con lo scopo, tra l altro, di ridurne il ritiro. La matrice, a base di cemento o di calce, viene rinforzata con reti realizzate con fibre continue di: - acciaio; - arammide; - basalto; - carbonio; - poliparafenilenbenzobisoxazolo (PBO); - vetro. I sistemi di rinforzo FRCM devono essere immessi sul mercato da un unico Fabbricante, che assume la responsabilità della dichiarazione delle prestazioni, e devono essere commercializzati dallo stesso Fabbricante o da un Distributore, secondo le definizioni di cui al predetto Regolamento UE n. 305/2011.

8 Esempi di FRCM

9 Aspetti comuni alle due Linee Guida I sistemi di rinforzo devono essere prodotti con un sistema permanente di controllo interno della produzione in stabilimento e di gestione della qualità, in coerenza con le normeunien9001:2000edunien Ai fini del rilascio del CIT devono essere eseguite prove di qualificazione, correntemente denominate prove iniziali di tipo. Tali prove consistono in prove di trazione. Per i sistemi FRCM sono previste anche prove di distacco dal supporto. I valori delle grandezze meccaniche che qualificano i sistemi di rinforzo devono risultare opportunamente stabili nei confronti del degrado indotto da azioni ambientali. IlCIThaunaduratadi5annidalladatadelrilascio. Tutti i sistemi devono essere immessi sul mercato accompagnati da una scheda tecnica.

10 Linea Guida FRP: Sistemi preformati Il sistema di controllo della produzione di sistemi di rinforzo FRP preformati prevede: controlli sui materiali base quali fibre, tessuti, resine ed eventuali additivi; l utilizzo da parte del Produttore di un sistema di identificazione dei prodotti; l effettuazione di prove iniziali di tipo al fine di determinare le caratteristiche prestazionali dei propri prodotti e inquadrarli nella normativa di riferimento; un sistema di controlli periodici della produzione (FPC - Factory Production Control).

11 Linea Guida FRP: Sistemi preformati Controllo sui materiali base Il controllo sui materiali base deve prevedere prove tendenti a verificare, con gli stessi standard utilizzati dalla ditta fornitrice, i valori delle proprietà meccaniche del materiale dichiarati da quest ultima. Devono essere oggetto di registrazione nel sistema di controllo di produzione aziendale.

12 Linea Guida FRP: Sistemi preformati Identificazione dei prodotti Il Produttore è tenuto a dotarsi di un Sistema di Identificazione dei prodotti. La marcatura, deve essere apposta alla fine del ciclo di produzione e/o della linea di confezionamento ovvero per ogni lotto di produzione, prima del deposito a magazzino e comunque prima della spedizione. Deve esserne garantita la inalterabilità sino alla consegna in cantiere senza possibilità di manomissione. Il sistema di marcatura deve prevedere marcature da apporsi ad ogni singolo pezzo, con identificativi diversi per ogni prodotto, per ogni linea di produzione ovvero per ogni stabilimento di produzione.

13 Linea Guida FRP: Sistemi preformati: Qualificazione/Prove iniziali di tipo I sistemi di rinforzo preformati sono classificati in base ai valori e del modulo elastico e della tensione di rottura, determinati con prove di trazione. Le tensioni sono riferite all area della sezione retta del preformato. Le prove devono essere effettuate per tutti i prodotti presenti in catalogo. Sono previste: prove di tipo meccanico; prove cicliche di gelo-disgelo; prove di invecchiamento artificiale.

14 Linea Guida FRP: Sistemi preformati Classificazione Classe Natura della fibra Modulo elastico a trazione nella direzione delle fibre [GPa] Resistenza a trazione nella direzione delle fibre [MPa] E17 Vetro E23 Vetro G38/600 Vetro G38/800 Vetro G45 Vetro C120 Carbonio C150/1800 Carbonio C150/2300 Carbonio C190/1800 Carbonio C200/1800 Carbonio A55 Arammide

15 Linea Guida FRP: Sistemi preformati Accettazione Devono essere prelevati n. 3 campioni per ogni lotto di spedizione del sistema di rinforzo preformato. Sono previsti solo controlli di tipo meccanico. Si prescrivono inoltre prove sulla resina-adesivo in ragione di un provino ogni lotto di spedizione per verificarne le caratteristiche dichiarate dal Produttore e richiamate nel manuale di installazione. Per ciascun campione i valori della tensione di rottura a trazione e del modulo elastico, entrambi nella direzione delle fibre, devono risultare non inferiori ai corrispondenti valori nominali dichiarati nella scheda Prodotto. Le proprietà della resina-adesivo devono soddisfare i valori dichiarati dal Produttore.

16 Linea Guida FRP: Sistemi realizzati in situ Qualificazione e Classificazione La procedura di qualificazione è analoga a quella dei preformati. Le tensioni sono riferite all area del rinforzo secco. Classe Natura della fibra Modulo elastico a trazione nella direzione delle fibre [GPa] Resistenza a trazione nella direzione delle fibre [MPa] 60G Vetro C Carbonio /1750C Carbonio /2800C Carbonio C Carbonio A Arammide

17 Linea Guida FRP: Sistemi realizzati in situ Accettazione Le prove di accettazione in cantiere: sono esclusivamente di tipo meccanico; devono essere eseguiti su campioni ricavati da laminati realizzati in cantiere con i materiali base oggetto di fornitura e con la procedura di installazione prescritta dal Fornitore. I laminati devono essere tanti quante sono le classi dei sistemi di rinforzo da installare, tenendo anche conto dell eventuale molteplicità di Fornitori. Devono essere costituiti da 3 strati. Da ciascun laminato devono essere ricavati 3 campioni. I valori della tensione di rottura e del modulo elastico a trazione, entrambi nella direzione delle fibre, calcolati sui suddetti campioni, all uopo inviati dal Direttore dei lavori ad un Laboratorio incaricato, devono risultare non inferiori a quelli nominali.

18 Linea Guida FRCM Legame costitutivo

19 Linea Guida FRCM Legame costitutivo Proprietà meccaniche che qualificano gli FRCM: tensione limite e deformazione limite convenzionali (valori caratteristici, variabili in funzione del supporto); il rapporto tra tensione e deformazione limite definisce il modulo (di rigidezza secante) convenzionale; modulo a trazione del campione nello stadio A, se rilevabile (E 1,valoremedio); modulo tangente a trazione del campione nello stadio C (E 3, valore medio); Tensione e deformazione a rottura(valori caratteristici); Area sottesa dalla curva media tensione - deformazione della prova di trazione.

20 Linea Guida FRCM Prova di distacco dal supporto F max F SUPPORTO δ σ lim,conv = F F max A rin,secco δ

21 Linea Guida FRCM Prova di distacco dal supporto/modalità di rottura

22 Linea Guida FRCM Prova di distacco dal supporto/tensione e deformazione limite convenzionali F max F SUPPORTO δ F δ σ lim,conv = F max A rin,secco

23 Linea Guida FRCM Accettazione I campioni devono essere in numero di 6 per ognuno dei tipi di sistemi di rinforzo da installare, tenendo anche conto dell eventuale diversa natura delle fasi (in particolare della grammatura del rinforzo e del numero di strati di quest ultimo). La prova si ritiene superata se: i) il valore medio della tensione di rottura risulta non inferiore all 85% della tensione media di rottura, come determinata nella fase di qualificazione, del sistema FRCM di cui si effettua il controllo di accettazione; i) l area sottesa dalla curva media tensione-deformazione determinata sui sei campioni sottoposti a prova, limitatamente all intervallo di deformazioni comprese tra zero ed il valore limite convenzionale, non risulta minore dell % di quella della fase di qualificazione.

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25 Grazie per la Vostra attenzione!