Rinforzo e messa in sicurezza di strutture in muratura mediante materiali compositi.

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1 I materiali compositi nella riqualificazione strutturale ed antisismica. Normative, criteri di calcolo, verifiche strutturali, tecnologie ed interventi. Mantova, 4 Ottobre 2012 Rinforzo e messa in sicurezza di strutture in muratura mediante materiali compositi. Criteri di calcolo secondo le Linee guida ed esempi di intervento. Prof. Ing. C. Mazzotti DICAM - Università di Bologna

2 Introduzione La muratura non reagisce a trazione Equilibrio basato sulla presenza dello sforzo assiale FRP è in grado di aderire alla muratura

3 Meccanismi di crisi per forze orizzontali Crisi per ribaltamento fuori dal piano Crisi nel piano del pannello Crisi di pilastri in muratura Crisi di elementi a semplice o doppia curvatura

4 Distacco del cantonale

5 Rotazione della parte terminale del muro di facciata

6 Collasso per flessione verticale

7

8 Cerchiatura di celle convesse

9 e non convesse

10 utilizzando anche catene in materiale innovativo

11 Confinamento di pilastri

12 Rinforzo di archi

13 Rinforzo di volte

14

15 Linee Guida CNR DT RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE 5.1 Generalità 5.2 Valutazione della sicurezza 5.3 Valutazione della resistenza alla perdita di aderenza 5.4 Verifiche di elementi strutturali ricorrenti 5.5 Rinforzo di elementi strutturali a semplice e doppia curvatura 5.6 Confinamento di colonne in muratura 5.7 Principi generali di intervento per costruzioni in zona sismica 5.8 Installazione, monitoraggio e controllo

16 Scopo del rinforzo FRP Conseguire un incremento di resistenza nei confronti delle azioni sollecitanti e, quando possibile, un aumento dei valori degli spostamenti esibiti all atto del collasso. resistenza duttilità

17 Generalità I rinforzi vanno controllati nei confronti della perdita di aderenza o previsti ancoraggi meccanici. Ancoraggi meccanici: piastre acciaio, barre inghisate, barre trasversali, fiocchi, angolari, tessuti ortogonali Idonea preparazione del supporto Effetti del rinforzo vanno valutati sul comportamento complessivo della struttura Uso di proprietà medie della muratura Verifiche solo agli SLU Analisi Non Lineari: controllo Capacità Domanda Analisi elastiche lineari: verifica sollecitazioni

18 Prove di aderenza Lateral Reaction System Lateral Reaction System Steel Plates h Brick specimen d Specimen Support L B Support Lateral Reaction System L ateral R eaction System Steel Plates d B Masonry Panel Specimen Specimen Support H L/2 Support

19 Set-up sperimentale LVDT 2 LVDT 1 Steel Plates

20 Failure mode

21 Comportamento deformativo 6 5 P [KN] GFRP kn kn 3 kn 8500 B5G1_200 4 kn kn 7500 B5G2_ kn 7000 a B5G3_ b 6000 c B5G3_200_SG Δl [mm] z [mm] [ ]

22 Aderenza e Verifiche fuori dal piano del pannello Ƭ [MPa] Forza massima 1 kn 2 kn 3 kn 4 kn 5 kn 5.29 kn a b c Energia di frattura z [mm]

23 Aderenza Lunghezza incollaggio ottimale Delaminazione di estremità Delaminazione intermedia (fessure, letti) Lunghezza di ancoraggio Tensione tangenziale massima Energia di frattura Rd =1.25 (laterizio)

24 Aderenza - Resistenza Delaminazione di estremità f,d = Effetto rasatura!... Fattore geometrico Definizione di b in elemento 2D! t f = spessore FRP t r = spessore rasatura E r =modulo elastico rasatura b=b f + b d Delaminazione intermedia

25 Aderenza Casi particolari: Tensione di progetto in presenza di tensioni normali di trazione al paramento: f fpd ffdd 1 f Sd mtd tensione normale al paramento resistenza a trazione della muratura Per rinforzi a sagoma curva, con raggio di curvatura r: 1 t r Sd f f 1 t r Sd f f raggio di curvatura Uso di ancoraggi meccanici: aderenza valutata sperimentalmente

26 Aderenza Scelta dei materiali mattoni vetro mattoni carbonio muretti vetro legge cnr ε d [µε] Ef tf /kb(fbm fbtm) 1/2 0 B5G_200 B5C_200 Tasso di efficacia variabile C C deb C fu f 35% G G deb G fu f 56% Diverse proprietà meccaniche (2650 vs 1250 MPa) rendono le performances complessive CFRP superiori Aspetto economico da valutare

27 Organizzazione strutturale di un edificio in muratura

28 Modellazione della struttura Norma: Nell ipotesi di infinita rigidezza dei solai, il modello potrà essere costituito dai soli elementi murari continui dalle fondazioni alla sommità, collegati ai soli fini traslazionali alle quote dei solai. Setti collegati ai soli fini traslazionali

29 Modellazione della struttura Setti collegati ai soli fini traslazionali Assenza di sforzo normale nei setti (per le forze orizzontali) Assenza di sollecitazioni nelle travi di muratura

30 Modellazione della struttura Norma: Possono essere considerate nel modello travi di accoppiamento in muratura ordinaria solo se sorrette da un cordolo di piano o da un architrave resistente a flessione efficacemente ammorsato alle estremità. In presenza di elementi di accoppiamento l analisi potrà essere effettuata utilizzando modelli a telaio, in cui le parti di intersezione tra elementi verticali e orizzontali potranno essere considerate infinitamente rigide. Le verifiche devono poi essere condotte anche sulle travi di muratura.

31 Modellazione della struttura Comportamento a telaio con tratti rigidi Presenza di sforzo normale nei setti (per le forze orizzontali) Presenza di sollecitazioni nelle travi di muratura

32 Sollecitazioni nella fascia di piano

33 Sollecitazioni nella fascia di piano INSERIMENTO DI COMPOSITI

34 Considerazioni sulla modellazione Con i modelli a telaio può aversi sforzo normale di trazione nei maschi (la trazione dovuta alla forza orizzontale può superare la compressione dovuta ai carichi verticali); Impossibilità di resistere se la muratura non è armata o rinforzata. Con i modelli a mensola il momento flettente nei maschi è molto grande e può essere tale che la linea delle pressioni esce dalla sezione. Impossibilità di resistere se la muratura non è armata o rinforzata. Con i modelli a telaio è necessario verificare a flessione e taglio le travi di muratura le quali non sono (mediamente) soggette a sforzo normale o sono soggette ad uno sforzo normale non noto. Necessità, per le travi, di individuare qualche elemento che porti la trazione associata alla flessione..

35 5.4 VERIFICHE DI ELEMENTI STRUTTURALI RICORRENTI Rinforzo di pannelli murari Verifiche per azioni fuori dal piano Verifica per ribaltamento semplice Verifica per flessione della striscia muraria verticale Verifica per flessione della striscia orizzontale Verifiche per azioni nel piano del pannello Pressoflessione nel piano Taglio Architrave e fascia di piano Verifica per funzionamento ad architrave Verifica per funzionamento a fascia di piano

36 Verifica per ribaltamento semplice Il cinematismo consiste in un ribaltamento rispetto ad una cerniera cilindrica alla base del pannello murario Il collasso per ribaltamento può avvenire in presenza di pareti non ammorsate ad altre ad esse ortogonali, né trattenute in sommità I maggiori benefici e la maggiore efficacia dell intervento si ottengono cerchiando completamente, quando possibile, la fabbrica muraria con elementi di FRP

37 Esempio di meccanismo di Chiesa di S. Osoppo ribaltamento

38 Esempio di meccanismo di ribaltamento Chiesa dei SS. Giacomo e Anna a Venzone crollo verso l esterno di una porzione che viene punzonata dalla testa delle capriate lignee.

39 Esempio di meccanismo di ribaltamento

40 Esempio di meccanismo di ribaltamento

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