INTERVENTO DI RINFORZO STRUTTURALE DI MENSOLE IN CALCESTRUZZO ARMATO MEDIANTE APPLICAZIONE DI FRP APPROCCIO AL DIMENSIONAMENTO.

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Alice Casagrande
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1 INTERVENTO DI RINFORZO STRUTTURALE DI MENSOLE IN CALCESTRUZZO ARMATO MEDIANTE APPLICAZIONE DI FRP APPROCCIO AL DIMENSIONAMENTO. A cura dell ing. Alberto Grandi Socio Building Improving s.r.l. Il recupero strutturale delle mensole in calcestruzzo armato è tra gli interventi più delicati e anche tra i meno diffusi in Italia. La causa è sempre la sostituzione del vecchio carroponte con un altro nuovo con inevitabile aumento dei pesi, pertanto dalle verifiche o le mensole stesse od anche le travi risultano quasi sempre sottodimensionate. Nell esempio che verrà qui brevemente illustrato, ci troviamo di fronte ad un rinforzo di n 9+9 mensole in calcestruzzo armato situate presso un industria meccanica bresciana che necessitavano di un recupero strutturale per il posizionamento di un nuovo carroponte con portata 250 kn. Praticamente un aumento del 20% rispetto a quello esistente. Non è molto ma è bastato a non verificare le mensole. GEOMETRIA DELLA MENSOLA Altezza totale Altezza in punta Sporgenza Larghezza Distanza di applicazione del carico RILIEVO ARMATURE ESISTENTI Ferri principali Staffe 530 mm 330 mm 400 mm 500 mm 150 mm 4x18 mm quadri 4Ø8 zigrinati MATERIALI Livello di conoscenza LC1 FC = 1,35 Calcestruzzo R ck = 400 kg/cm 2 f cd = 13,43 MPa Acciaio Tipo FeB32k f yd = 202,90 MPa CARICHI Carico verticale totale (portata) Carico orizzontale totale V Ed = 300 kn H Ed = 27,20 kn Si riporta, qui di seguito, alcune immagini generali delle mensole ed alcune fasi lavorative con la fibra di carbonio:

1. VERIFICA DELLA MENSOLA NON RINFORZATA Per quanto riguarda la progettazione con gli FRP si nel nostro caso è fatto riferimento alle seguenti normative: Ø D.M. 14 gennaio 2008 Ø Norme Tecniche per le Costruzioni Ø Circolare Min.

14/01/2008 Ø CNR-DT 200/2004 R1 2013 Ø Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi fibrorinforzati Verifica

2 1. VERIFICA DELLA MENSOLA NON RINFORZATA Per quanto riguarda la progettazione con gli FRP si nel nostro caso è fatto riferimento alle seguenti normative: Ø D.M. 14 gennaio 2008 Ø Norme Tecniche per le Costruzioni Ø Circolare Min. LLPP 2 Febbraio 2009 n. 617 Ø Istruzioni per l applicazione Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 14/01/2008 Ø CNR-DT 200/2004 R Ø Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi fibrorinforzati Verifica ai sensi del D.M. 14/01/2008 Si faccia riferimento al par. C della Circolare Min. 617/2009. Area totale di barre d'armatura principale Snellezza di taglio Portanza della mensola in termini di resistenza dell'armatura Resistenza del puntone di calcestruzzo A s 1296 mm 2 λ 0,56 - P Rs 464,71 kn P Rc 1226,86 kn Resistenza finale della mensola tozza P R 464,71 kn Verifica di sicurezza P ed = 300 kn P R = 464,71 kn VERIFICATO 1.1. Verifica ai sensi di CNR Si verifica se la mensola in c.a. in esame risulta essere un elemento tozzo o molto tozzo.

3 λ = a/h 0 = 150/500 = 0,30 < 0,5 MOLTO TOZZA Pertanto, si verifica il meccanismo taglio-resistente che corrisponde al comportamento di due elementi tozzi di calcestruzzo, cuciti da armature che li attraversano, sotto sollecitazioni taglianti: tale meccanismo, appunto, tende a formarsi per mensole molto tozze (ovvero per λ 0,50). La resistenza di calcolo per tale meccanismo vale: V "# = ca 'f )# γ + dove c è il coefficiente d attrito pari a 1,20 per getto monolitico; γ n è il coefficiente di comportamento pari a 1,20 in presenza di sollecitazioni di fatica. A v è l armatura di parete resistente al taglio, e corrisponde nel presente caso a 4Ø8 = 3,80 cm 2. 1, ,90 V "# = = 77,10 kn < V 1,20 9# = 300 kn NON VERIFICATO 2. DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI RINFORZO Tutti le formule e i valori predefiniti di seguito impiegati fanno esclusivamente riferimento alle raccomandazioni tecniche del CNR-DT 200/2013. Pertanto risulta: 2.1. MATERIALI IMPIEGATI Building Improving progetta ed utilizza per i propri lavori di rinforzo strutturale sistemi di materiali compositi in fibra di carbonio distribuiti da Società in possesso del documento C.I.T. edito dal C.S.L.P. ed opera in conformità al punto 11.1 del D.M. 14/01/2008 nonché del DT200/2004 e sue revisioni - Applicazione tipo A-. Il Certificato di Idoneità Tecnica del sistema FRP in accordo alla Linea Guida per l identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti pubblicata con DPCS LLPP n. 220 del 09/7/2015, è un documento fondamentale che viene rilasciato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici dopo aver effettuato positivamente tantissime prove sui materiali presso Laboratori Universitari. Le Norme Tecniche per le Costruzioni vigenti (NTC 2008 D.M. 14 gennaio 2008), al capitolo

4 11, paragrafo 11.1 lett. C, prescrivono che tutti i materiali e 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 (ETA), devono essere in possesso di un Certificato di Idoneità Tecnica all Impiego (CIT). Per il nostro specifico lavoro è stato utilizzato il Tessuto unidirezionale in fibra di carbonio ad alta resistenza, tipo SikaWRAP 300C, con le seguenti proprietà fisico-meccaniche: Grammatura 304 ± 10 g/m 2 Spessore di progetto 0,167 mm Resistenza minima a trazione > MPa Modulo elastico a trazione > MPa Allungamento a rottura > 1,70% Resina epossidica per impregnazione tessuti di rinforzo strutturale in fibra di carbonio, tipo Sikadur 330, con le seguenti proprietà fisico-meccaniche: Adesione su calcestruzzo > 4,00 MPa Resistenza a trazione 30,0 MPa (maturato a 7 gg, + 23 C) Modulo elastico a flessione MPa (maturato a 7 gg, + 23 C) Temperatura di applicazione da +10 C a +35 C 2.2. DESCRIZIONE DELL INTERVENTO Si realizzano le seguenti fasciature in tessuto unidirezionale in fibra di carbonio: 1 fascia diagonale ad U di n. 1 strato di tessuto in CFRP del tipo precedentemente detto, di larghezza 100 mm e sviluppo lineare pari a 1,90 m; 2 fascia orizzontale ad U di n. 2 strati di tessuto in CFRP, di larghezza 250 mm e sviluppo lineare pari a 1,80 m.

5 2.3. PROGETTO DEL SISTEMA (cfr. DT200/2013) CONTRIBUTO V Rd,f FRP - FASCIA DIAGONALE Lunghezza effettiva di ancoraggio su pilastro Angolo di inclinazione della fascia rispetto all'orizzontale Resistenza media a compressione del calcestruzzo Resistenza media a trazione del calcestruzzo Coefficiente di tipo geometrico Coefficiente di tipo sperimentale per compositi impregnati in situ Valore dell'energia specifica di frattura Resistenza al distacco d'estremità del composito Resistenza efficace di calcolo del sistema di rinforzo l e 200 mm β 60 f cm 40 MPa f ctm 3,02 MPa k b 1,20 - k G 0,037 - Γ Fd 0,361 MPa f fdd 831,54 MPa f fed 722,42 MPa Contributo a taglio della fascia diagonale di rinforzo V Rd,f,1 142,06 MPa

6 CONTRIBUTO V Rd,f FRP - FASCIA ORIZZONTALE Larghezza della fascia FRP Numero di strati della fascia FRP Tipologia di fasciatura Lunghezza effettiva di ancoraggio sul pilastro Angolo di inclinazione della fascia rispetto all'orizzontale Raggio di curvatura degli spigoli Coefficiente Φ R Resistenza al distacco d'estremità del composito Resistenza efficace di calcolo del sistema di rinforzo Contributo a taglio della fascia diagonale di rinforzo b f 250 mm n f 2 - CONTINUA l e 250 mm β 90 r c 25 mm Φ R 0,32 - f fdd 587,98 MPa f fed 614,00 MPa V Rd,f,2 153,81 MPa Resistenza totale a taglio offerta dal sistema di rinforzo Resistenza di progetto a taglio dell'elemento rinforzato Verifica di sicurezza V Ed = 300 kn V Rd = 372,97 kn V Rd,f 295,87 MPa V Rd 372,97 MPa VERIFICATO 3. LA REALIZZAZIONE L intervento è stato realizzato lavorando su un cestello a 5 metri d altezza, pertanto con una logica lentezza nei movimenti; considerando che tra una mensola e l altra vi erano quasi 8 metri l esecuzione del rinforzo in soli tre giorni è stato un successo. Alcune fotografie allegate illustrano meglio l intervento. Per quanto riguarda la progettazione il FRP apporta un incremento di portata delle mensole in esame pari 295,86 kn fino a raggiungere una resistenza finale dell elemento strutturale uguale a 372,97 kn > P Ed = 300 kn, derivante dall installazione del nuovo carroponte.

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