Rinforzi strutturali F.R.C.M. costituiti da fibre in P.B.O. e matrice inorganica. Ing. Bernie BAIETTI Milano, 19 marzo 2015

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1 Rinforzi strutturali F.R.C.M. costituiti da fibre in P.B.O. e matrice inorganica Ing. Bernie BAIETTI Milano, 19 marzo 2015

2 I MATERIALI COMPOSITI DEFINIZIONE DI MATERIALI COMPOSITI qualunque materiale caratterizzato da struttura non omogenea costituita dall insieme di due o più diverse sostanze fisicamente separate e dotate di proprietà differenti

3 POLIPARAFENILENBENZOBISOXAZOLO (PBO) CARBON(C) EPOXY RESIN CEMENTISIOUS MORTAR FRP FRCM

4 APPLICAZIONI MATERIALI COMPOSITI Applicazione del rinforzo nella zona tesa di strutture inflesse Corrisponde alla tecnica tradizionale del beton plaquè (placcaggio con piastre d'acciaio) Si ottengono: la riduzione delle deformazioni ai carichi di servizio l'aumento della capacità portante la limitazione di stati fessurativi

5 APPLICAZIONI MATERIALI COMPOSITI Applicazione di nastri di rinforzo nella parte tesa della strutture voltata Corrisponde alla tecnica tradizionale della cappa collaborante Si ottiene: il contenimento della formazione di cerniere

6 IL CONFINAMENTO (WRAPPING) Fasciatura di elementi compressi o presso-inflessi (come pilastri o colonne) per conferire a tali elementi maggiore capacità portante, maggior resistenza ai carichi dinamici ed impulsivi. In particolare si ottengono maggiore duttilità e resistenza alle sollecitazioni sismiche.

7 F.R.C.M. muratura Ruredil X Mesh C10 + malta M25 Rete di carbonio in matrice inorganica Stabilizzata pozzolanica, per il rinforzo strutturale delle costruzioni

8 F.R.C.M. muratura

9 F.R.C.M. muratura prestazioni Tipo Matrice Dim. PBO gr/m2 Appl. Delamin (1 strato (N/mm2) Dilataz. Ruregold XA NanoPzmortar 50cm/15m 20 Antirib Ruregold XR NanoPzmortar 100cm/15m 44 Rinf. Strut ,13 RXMeshC10 M25 100cm/15m 168 Rinf.Strutt ,5 RXMeshTC30 M30 100cm/15m 84 Antirib ,3

10 Gli F.R.C.M Ruredil a differenza degli FRP,impiegano una matrice inorganica, costituita da un legante idraulico pozzolanico ed additivi specifici, perfettamente compatibile sotto il profilo chimico,fisico e meccanico con il supporto, con particolare riferimento alle murature.

11 FRP vs FRCM permeabilità del vapore acqueo Certificazione istituto beni archeologici emonumentali C.N.R. anno 2002

12 g/mq.24h FRP vs FRCM permeabilità del vapore acqueo Plexiglass Epoxy Epoxy+Rete Matr.inorganica Matr.inorg+Rete 0

13 F.R.C.M. calcestruzzo Ruredil X Mesh Gold + malta M750 (per capitolati esistenti)

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15 Confronto proprietà meccaniche con altri tipi di fibre

16 Confronto proprietà meccaniche con altri tipi di fibre

17 FRP vs FRCM comportamento al fuoco e alle temperature

18 Nel caso degli FRP la letteratura riporta numerosi studi che attestano la scarsa resistenza alla temperatura come conseguenza dell impiego di una resina (polimero organico). Infatti ogni resina è caratterizzata dalla temperatura di transizione vetrosa Tg, che per le resine termoindurenti a base epossidica varia tra 80 e 120 C. Oltre questo valore la resina perde le sue proprietà adesive e meccaniche in quanto passa da uno stato rigido e fragile ad uno viscoso e gommoso fino a bruciare e a decomporsi totalmente per temperature elevate.

19 Carico Massimo (kn) COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE RESISTENZA A FLESSIONE DEL CALCESTRUZZO NON RINFORZATO IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA C 130 C Temperatura ( C) *20 C-130 C : intervallo di temperatura entro il quale la resistenza a flessione del calcestruzzo non rinforzato rimane invariata all'aumentare della temperatura 1.05

20 Carico Massimo (kn) COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE FRP: Carico massimo in funzione della temperatura a pari tempo di esposizione (1 h) % +85,7% ,5* 10 +6% ,05% Perdita del carico: - 28,6% Perdita del carico: - 95% 2.5 Perdita del carico: - 99% Temperatura ( C) *Carico massimo del provino non rinforzato

21 Carico Massimo (kn) COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE FRP: Carico massimo in funzione del tempo a pari temperatura di esposizione (T= 45 C) % +87,5% ,5* ,1% ,9% Perdita del carico: - 28,6% Perdita del carico: - 60,7% *Carico massimo del provino non rinforzato Perdita del carico: - 81,7% Tempo (ore)

22 CARICO MASSIMO (kn) COMPORTAMENTO ALLE ALTE TEMPERATURE RUREDIL X MESH GOLD: INCREMENTO DEL CARICO IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA CLS NO RINFORZO 21 CLS X MESH GOLD ,2% +118% CLS NO RINFORZO ,1% ,2% % C 130 C 180 C C 550 C

23 I VANTAGGI DI RUREGOLD Resistenza al fuoco FRCM FRP Classificazione di reazione al fuoco A2 s1,d0 Classificazione di reazione al fuoco E Conformità dei sistemi di rinforzo strutturali alla Norma Europea UNI EN (Fuoco)

24 COMBINAZIONE EFFETTI TEMPERATURA / UMIDITA L energia di frattura cui è associata la delaminazione degli F.R.P. si riduce drasticamente su supporti umidi anche a temperature basse (T=23 )

25 LEGISLAZIONE ITALIANA C.N.R. DT200_r1_2013 Durabilità e limiti FRP novità?

26 Cap Introduzione del limite della temperatura di esercizio! (mutuato da U.S. ACI 440) 30/11/2013

27 Provini non rinforzati Provini rinforzati con Ruredil X Mesh Gold 2 strati all intradosso e 1 rinforzo a taglio ad U all estremità Carattterizzazione del materiale prove sperimentali.evoluzione Laboratorio IUAV anno 2002

28 Carattterizzazione del materiale prove sperimentali.evoluzione Laboratorio IUAV anno 2006 Provini rinforzati con Ruredil X Mesh Gold 1 strati all intradosso, 1 rinforzo a taglio continuo e 1 ad U all estremità Provini rinforzati con Ruredil X Wrap strati all intradosso e 2 rinforzi a taglio ad U all estremità con lunghezze differenti

29 Per dimostrare l affidabilità e la successiva applicabilità, diffusione dei sistemi FRCM in U.S.A., l Internation Code Council Evaluation service (ICC ES) ha imposto una serie di test in varie condizioni di esercizio, per accettare e caratterizzare i sistemi FRCM Ruredil. I test sono stati svolti presso i laboratori accreditati ICC dell Università di Miami e nel Giugno 2013 sono stati inclusi nel documento ufficiale qui riportato (e disponibile) Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto! University of Miami college of

30 30/11/2013 Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto AC 434 Prove richieste ed eseguite

31 Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto AC 434 Prove richieste ed eseguite, Ribaltamento Fuori dal piano

32 Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto AC 434 Prove richieste ed eseguite, compressione diagonale (nel piano)

33 Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto AC 434 Prove richieste ed eseguite, flessione

34 Carattterizzazione del materiale certificazione di prodotto AC 434 Prove richieste ed eseguite, compressione assiale

35 Come utilizzare in Italia la certificazione di prodotto AC 434? Capitolo 12 N.T.C. DM 14/01/08 1 norma cogente a livello mondiale sulla progettazione di F.R.C.M certificazione di prodotto AC 434 evaluation report

36 RINFORZO DI ARCHI 2003 CHIESA MADRE- Noto (SR) Rete. carb 168g/mq+ matr. Inorg. pozzolanica;

37 RINFORZO DI ARCHI / VOLTE CHIESA S. Rocco- Marina di GR Crollo di tetto spingente in laterocem. con interessamento e danneggiamento delle volte in foglio in laterizio sottostanti

38 Rete P.B.O 20g/mq+ matr. Inorg. muratura; Rurewall PVA TX, fiocchi P.B.O malta inghisaggio fiocchi RINFORZO DI ARCHI / VOLTE CHIESA S. Rocco- Marina di GR

39 RINFORZO DI ARCHI / VOLTE Castello di Parella (TO) Rete carbonio 168gr/mq + matr. Pozzolanica inorg.; Rurewall PVA TX, fiocchi carbonio boiacca pozz. Iniez.

40 RINFORZO DI ARCHI / VOLTE Ponte ferroviario Nicotera (CS) Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. Muratura Fiocchi PBO 6.0+matri. Inorg. inghisaggio

41 RINFORZO DI ARCHI / VOLTE Ponte ferroviario Nicotera (CS) Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. Muratura Fiocchi PBO 6.0+matri. Inorg. inghisaggio

42 CINTURAZIONI DI PIANO Meccanismo ribaltamento semplice

43 CINTURAZIONI DI PIANO Scuola materna di Zocca (MO) Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura

44 RINFORZO DI PILASTRI Scuola materna di Zocca (MO) Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura

45 RINFORZO DI PILASTRI Scuola materna di Zocca (MO) Rete P.B.O. 44gr/mq+ matr. Inorg. Pozzol. muratura

46 RINFORZO DI CUPOLE CATTEDRALE - Pavia Rete. carb 168g/mq+ matr. Inorg. pozzolanica;

47 RINFORZO DI SETTI MURARI Liceo Scientifico Boggiolera - Catania Rete P.B.O 20g/mq+ matr. Inorg. muratura; boiacca pozz., fiocchi P.B.O malta inghisaggio fiocchi

48 EX DORMITORIO FF.SS. DI PAOLA (2008) Edificio realizzato negli anni Venti con una fitta maglia di telai in cemento armato. Le indagini sui materiali hanno individuato un calcestruzzo di tipo f ck = 20 MPa e barre lisce in acciaio di tipo Fe22k. Lo studio del modello di calcolo ha evidenziato la necessità di eseguire degli interventi di rinforzo a taglio e a flessione per le travi e a taglio per i pilastri La scelta naturale della tecnica di rinforzo è ricaduta sul sistema con materiali compositi di ultima generazione con fibre in PBO per i vantaggi legati alla maggiore duttilità del sistema e della maggiore resistenza e alla possibilità di non apportare alcun aggravio statico sui terreni di fondazione.

49 INDIVIDUAZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE Schema strutturale: sistema a telaio Hennebique No staffe chiuse

50 CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI E RILIEVO DELLE ARMATURE

51 IL PROGETTO PRELIMINARE DEI RINFORZI Intervento di rinforzo sulle travi Intervento di rinforzo sui pilastri

52 IL DIMENSIONAMENTO DEGLI INTERVENTI DI RINFORZO Efficienza Confinamento = 1 DM LA REALIZZAZIONE DEGLI INTERVENTI

53 Schemi di intervento sui nodi trave-pilastro Schemi di intervento sui nodi trave-pilastro

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55 CASERMA MEZZACAPO DI REGGIO CALABRIA (2011) Edificio realizzato negli anni Venti in pannelli murari intelaiati con travi e pilastri in calcestruzzo debolmente armato. Le indagini sui materiali hanno individuato un calcestruzzo di tipo f ck =15 MPa e barre lisce in acciaio di tipo Fe22k per travi e pilastri, mattoni pieni per il primo livello e forati per il secondo. Il confronto tra i dati a disposizione derivanti dalle indagini sulle strutture e le norme sismiche del Regio Decreto n 2089 del 23 ottobre 1924 e nel Regio Decreto n 431 del 13 marzo 1927 ha evidenziato come l'edificio venne realizzato in maniera conforme alla buona regola d'arte dell'epoca e questo dato è stato confermato dall'analisi push over condotta verificando il manufatto con i carichi imposti dalle attuali normative (D.M e circ.617/2009). Modello: muratura intelaiata con travi e pilastri cls poco armati

56 IL RINFORZO DELLE SOLETTE Lo studio del modello di calcolo ha evidenziato la necessità di eseguire degli interventi di rinforzo a flessione per le solette e per alcune travi soggette a carichi significativi nella destinazione futura (UTA) Sistema di rinforzo FRCM con fibre di PBO per i vantaggi legati alla maggiore duttilità del sistema e della maggiore resistenza ed alla elevata durabilità del rinforzo.

57 RINFORZO SOLAIO LATEROCEMENTIZI (2012) Rinforzo a flessione travetti, abitazione in Loreto (AN) Nastri 10cm uniass PBO 128gr/mq + Matrice inorganica+calcestruzzo

58 RINFORZO TRAVI C.A.P (2014) Rinforzo a flessione trav luce 20m, industria alimentare in Mantova Necessità di rinforzare le travi a seguito di incremento carichi permanenti in copertura (nuova cappa collab.) Sistema di rinforzo FRCM con fibre di PBO per i vantaggi legati alla affidabilità in condizioni termoigrometriche severe (U.R. > 50%, T amb = 45 ) legate alle lavorazioni sottostanti (forni cottura) che non devono essere mai interrotte

59 RINFORZO TRAVI C.A.P (2014) Rinforzo a taglio travi luce 20m, industria alimentare in Mantova Rinforzo a taglio :rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq + Matrice inorganica+calcestruzzo Rinforzo a flessione :Nastri uniass25cm uniass PBO 88gr/mq + Matrice inorganica+calcestruzzo

60 RINFORZO TRAVI C.A.P (2014) Rinforzo a taglio travi luce 20m, industria alimentare in Mantova Ruregold XP + Ruregold mx calcestruzzo Jx joint mj joint

61 Ponti sulla S.S. Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014 in corso!

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63 Ponti sulla Salaria tratta ROMA-RIETI anno 2014 in corso! Nastro unidir. PBO 88 gr/mq + matrice inorganica calcestruzzo Malta tixotropica con fibre di PVA + inibitore di corrosione cementizio

64 Nastro unidir. PBO 88 gr/mq + matrice inorganica calcestruzzo

65 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Edificio realizzato negli anni Venti in pannelli murari intelaiati con travi e pilastri in calcestruzzo armato. Le indagini sui materiali hanno individuato un calcestruzzo di tipo f ck =18 MPa e barre lisce in acciaio di tipo Fe22k per travi e pilastri, mattoni pieni per il primo livello e secondo. L edificio adibito fino al 2013 a padiglione ospedaliero sarà riconvertito in R.S.A, È richiesta una resistenza R120 alle strutture; Anno 2014

66 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Rimozione copriferro e applicazione Passivante cementizio

67 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Ricostruzione copriferro con malta tixotropica ad elevata duttilità Con fibre strutturali tridimensionali in PVA

68 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq +Matrice inorganica+calcestruzzo

69 MIGLIORAMENTO SISMICO OSPEDALE SENIGALLIA (AN) Confinamento nodi trave-pilastro portali con sistema rete bidir. 100cm PBO 88gr/mq +Matrice inorganica+calcestruzzo

70 Quadro normativo attuale FRCM - CNR DT 200 dell ottobre 2013 Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di interventi di consolidamento statico mediante l utilizzo di compositi fibrorinforzati é previsto l uso di fibre di PBO e di matrici cementizie - ACI 549.4R-13 del 2013 Guide to Design and Costruction of Externally Bonded Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) Systems for Repair and Strengthening Concrete and Masonry Structures (December 2013) trattano esclusivamente gli FRCM

71 Il sistema di rinforzo adottato ha previsto l uso di una rete in fibra di P.B.O (Ruregold XT e XP) collegata alle travi / solette da rinforzare con una malta cementizia fibrorinforzata (Ruregold mx calcestruzzo). Vantaggi ulteriori dei sistemi FRCM rispetto agli FRP: - piena compatibilità meccanica, fisica e chimica tra l elemento di rinforzo e le strutture esistenti grazie alla matrice cementizia - rapidità delle operazioni: la speciale malta cementizia ha permesso di collegare la rete di P.B.O alle superfici degli elementi ricostruiti con malta cementizia tixotropica, senza dover attendere la stagionatura della malta tixotropica; se invece la matrice di collegamento fosse stata polimerica, la quale può essere applicata esclusivamente su superfici completamente asciutte, avremmo perso questo vantaggio - durabilità dell intervento FRCM vita utile >100 anni FRP vita utile anni FRCM opere ordinarie e grandi FRP solo opere provvisionali

72 si ringrazia per l attenzione Riprod. Riservata Ing. B. Baietti, SISTEMI DI RINFORZO bernie.baietti@ruredil.it 72