COLLANA I Quaderni Tecnici di Fibre Net QUADERNO TECNICO PROFILI PULTRUSI IN GFRP

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1 COLLANA I Quaderni Tecnici di Fibre Net QUADERNO TECNICO PROFILI PULTRUSI IN GFRP

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 PROFILI PULTRUSI IN GFRP INTRODUZIONE Allo stato attuale, l impiego degli FRP (Fiber Reinforced Polymers) per il rinforzo e l armatura nell ambito delle costruzioni civili è ormai ampiamente diffuso in campo internazionale, mentre le applicazioni a mezzo di profili strutturali in FRP, utilizzate largamente in ambito industriale, sono più ridotte per quanto appaiano particolarmente interessanti. Negli ultimi decenni, in Europa e non solo, alcune applicazioni hanno dimostrato con chiarezza l utilità di impiegare per scopi strutturali i materiali compositi sia nelle nuove costruzioni che in quelle esistenti. Tali soluzioni sono state spesso imposte da specifiche esigenze fra le quali, in particolare, la rapidità di montaggio e la resistenza ad ambienti aggressivi, caratteristica questa ultima in grado di abbattere sensibilmente i costi di manutenzione. Inoltre, la leggerezza del composito, oltre a facilitare l assemblaggio ed il varo, costituisce un evidente vantaggio per tutte quelle strutture che devono essere fondate su terreni cedevoli. La crescente richiesta di soluzioni strutturali con elementi di materiale composito pultruso ha portato, nel 2003, al recepimento in ambito nazionale delle normative europee EN , EN e EN , le quali definiscono i requisiti minimi necessari a classificare i profili pultrusi come strutturali. Il recepimento delle norme europee ha portato il CNR a redigere un nuovo Documento Tecnico CNR-DT 205/2007 per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di strutture realizzate con profili pultrusi a base fibra di vetro FRP che integra la serie di documenti riconosciuti dalla NTC 2008 e successiva circolare esplicativa n. 617 del DESCRIZIONE DEL PROCESSO DI PULTRUSIONE La pultrusione (dall inglese pull + extrusion, ovvero estrusione per trazione ) è un processo continuo utilizzato per produrre profilati polimerici rinforzati. IL COMPORTAMENTO MECCANICO DEI COMPOSITI Il termine Composito è utilizzato per indicare il materiale FRP in quanto costituito da materiali con caratteristiche fisiche e meccaniche diverse. L associazione dei due materiali base, fibra e matrice, non garantisce la realizzazione di un prodotto finale caratterizzato dalla somma delle proprietà dei singoli materiali associati e quindi il raggiungimento di un miglioramento complessivo del prodotto finito. Figura 1. Comportamento a trazione del composito, fibra e matrice (Russo, 2007) La matrice risulta essere comunque necessaria per la realizzazione dell elemento strutturale, in quanto crea continuità fra i filamenti di fibra, trasferisce gli sforzi alle fibre, garantisce la trasmissione delle sollecitazione tra fibra e fibra per mezzo della propria rigidezza tagliante, protegge il rinforzo fibroso da danni locali e aggressioni chimiche e infine definisce la forma del profilo durante il processo di polimerizzazione. Per quanto riguarda la resistenza a compressione, la fibra e quindi il composito, ha un comportamento sostanzialmente poco performante. Tale risposta è interamente governata dalla componente matrice che, offrendo una ridotta rigidezza trasversale, è particolarmente vulnerabile ai fenomeni instabilizzanti. A tal proposito l orientamento delle fibre e la loro tessitura sono dei fattori determinanti per la caratterizzazione meccanica e prestazionale del materiale composito. Figura 2. Processo di pultrusione SCHEMA DEL PROCESSO 1 Fibre (fase dispersa); 2 Rullo; 3 Impregnazione delle fibre con la fase continua (polimero); 4 Uscita della vasca di impregnazione; 5 Cura; 6 Tiraggio; 7 Materiale composito (a matrice polimerica rinforzato con fibre continue). Le fibre di rinforzo, quali possono essere ad esempio la fibra di vetro e la fibra di carbonio, vengono prelevate dalla cantra e fatte passare attraverso un cosiddetto bagno di impregnazione, dove vengono legati alla matrice resinosa. Successivamente la trazione tira le fibre già impregnate dalla resina facendole passare attraverso un pettine con funzione di guida e imboccandole in una stazione di preformatura, che è una filiera non riscaldata che conferisce al profilato le dimensioni desiderate, schiacciando e compattando le fibre. Ora queste vengono fatte entrare in uno stampo riscaldato (curing die), avente la forma della sezione del prodotto finale desiderato. L alta temperatura del die favorisce la polimerizzazione della resina stessa. Questo cambio di temperatura non è però immediato: all interno del forno sono infatti presenti 3 zone a differente temperatura (zona di preriscaldo, zona di gelificazione, zona a elevata temperatura). All uscita dal forno il profilato viene trasportato fino ad una zona di taglio dove, se richiesto, viene opportunamente tagliato da lame che lo dimensionano. Alla fine della macchina di pultrusione troviamo il sistema di trazione, posto abbastanza lontano rispetto al forno di cura, in modo da permettere un raffreddamento ottimale al profilato, al fine di evitare deformazioni in fase di ammorsamento. 4 PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 5

4 CARATTERISTICHE DEI PROFILI Il sistema della pultrusione è basato sull equilibrio tra velocità di trazione del traino e i tempi di polimerizzazione della resina: se la catalisi avviene troppo velocemente, il materiale diventa duro all interno del die, bloccando il processo di trazione. Al contrario, ovvero se la catalisi è troppo lenta, il materiale uscirà dal die ancora gelificato, e la forza di trazione al quale verrà sottoposto causerà la deformazione del profilo in uscita. I profilati hanno ottima resistenza a trazione nella direzione delle fibre, mentre nella direzione trasversale le proprietà sono minori, dipendendo prevalentemente dalle caratteristiche della resina. Per aumentare quindi le proprietà meccaniche del profilato è possibile usare dei nastri tessili. La pultrusione è in grado di trattare matrici polimeriche sia termoindurenti (es. poliestere, resina epossidica, acrilico, vinilestere, ecc.) che termoplastiche (es. PVC, poliuretano, polietilene, ecc.), permettendo inoltre il simultaneo utilizzo di diversi materiali di rinforzo. È inoltre possibile produrre profilati di diversa geometria. VANTAGGI NELL UTILIZZO DEI PROFILI PULTRUSI Gli aspetti caratterizzanti il materiale composito quali la versatilità, dovuta alla possibilità di controllare e calibrare la risposta prestazionale a monte, la durabilità rispetto agli agenti aggressivi esterni insieme al beneficio offerto dal ridotto peso proprio, suggeriscono interessanti possibilità di impiego degli elementi FRP come rinforzo strutturale, adeguamento funzionale e antisismico. L ottimo rapporto peso/prestazioni e la facilità di lavorazione in cantiere con normali attrezzature di taglio e foratura portano i profili pultrusi in GFRP ad essere sempre più utilizzati. DEFORMABILITÀ E RESISTENZA AL FUOCO L elevata deformabilità longitudinale e trasversale dei profili pultrusi induce, nel primo caso, valori elevati della freccia massima quando tali elementi vengono utilizzati in presenza di luci considerevoli, mentre nel secondo caso, fenomeni di instabilità locale che condizionano la risposta strutturale globale; a tal proposito, in fase di dimensionamento, è necessario utilizzare gli algoritmi che tengono conto della deformabilità a taglio. Questi problemi, legati alle caratteristiche intrinseche del materiale, sono facilmente risolvibili adottando soluzioni quali l inserimento di travi reticolari ed il rinforzo mediante ingrossamento della sezione resistente. I materiali compositi FRP risultano essere molto sensibili all esposizione ad alte temperature. Particolare attenzione deve essere posta quando la temperatura del composito supera quella di transizione vetrosa della resina (Tg). In questa particolare situazione la resistenza e la rigidezza dell elemento diminuiscono drasticamente. In condizione di esposizione al fuoco però, le proprietà meccaniche del composito possono essere salvaguardate proteggendo efficacemente l elemento strutturale con un rivestimento di spessore adeguato, o ricorrendo ad elementi pultrusi prodotti con resine autoestinguenti, ovvero prevedendo sistemi di protezione passiva. 6 PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 7

5 LA PULTRUSIONE PROPRIETÀ MECCANICHE DEI PROFILI Le caratteristiche intrinseche del materiale composito fibrorinforzato e le distinte tecniche di produzione, unite alle sensibili differenze prestazionali dei componenti fibra e matrice, rendono ancora oggi di difficile definizione una serie di valori meccanici univoci per il generico materiale composito fibrorinforzato, ciò anche per la forte dipendenza dalla percentuale presente degli elementi che lo costituiscono. Per questo motivo l indagine e i valori di seguito elencati fanno riferimento a materiale ed elementi di tipo standard per applicazioni strutturali, con rinforzo in vetro, da cui il termine GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer), che rappresentano la tipologia oggi più impiegata e più facilmente reperibile nel mercato. Per questo motivo le prove per definire le caratteristiche meccaniche del materiale sono normate e seguono un rigido protocollo di prova. Al fne di valutare le carateristiche meccaniche dei profli pultrusi che l azienda Fibre Net S.r.l. propone, sono state efetuate alcune prove di caraterizzazione del materiale presso Laboratori Prove Materiali Al fine di valutare le caratteristiche meccaniche dei profili pultrusi che l azienda Fibre Net S.r.l. propone, sono state effettuate prove di caratterizzazione del materiale presso Laboratori Prove Materiali riconosciuti. La tipologia di prova effettuata ed i risultati ottenuti sono riportati poco sotto. riconosciuti. La tipologia di prova efetuata ed i risultati otenuti sono riportati poco soto. Tabella 2. Determinazione delle carateristiche meccaniche dei profli secondo la UNI EN Proprietà meccanica valore dev. std n. prove f k E m Trazione parallela alle fbre fm,t, 0 MPa Trazione perpendicolare alle fbre f m,t, 90 MPa Compressione parallela alle fbre fm,c, 0 MPa Compressione perpendicolare alle fbre fm,c, 90 MPa NORMATIVA DI RIFERIMENTO Le norme di riferimento a livello italiano (NTC 2008 e successiva circolare esplicativa n. 617 del 2009) prescrivono che i materiali utilizzati nella realizzazione di una costruzione siano identificabili, certificati mediante la documentazione di attestazione con prove sperimentali eseguite da un ente terzo indipendente o, quando previsto, autocertificati secondo procedure stabilite dalle specifiche tecniche europee. L utilizzo dei materiali è subordinato all accettazione da parte del Direttori dei Lavori, che ha il compito di controllare certificazioni e prove sperimentali effettuate presso laboratori ufficiali relativi alle proprietà meccaniche, fisiche e chimiche. Nonostante le NTC 2008 forniscano dettagliate informazioni relative ai controlli sui materiali da costruzione ordinari (C.A., C.A.P., acciaio, legno e muratura), non vi sono indicazioni in merito per quelli realizzati con il processo di pultrusione. Al fine di disciplinare l uso dei materiali compositi in ambito prettamente strutturale, il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) ha pubblicato una serie di documenti tecnici: DT 200/R Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Intervento di Consolidamento Statico mediante l utilizzo di Compositi Fibrorinforzati. Materiali, strutture di c.a., c.a.p. e murarie che inoltre definisce i materiali FRP e le tecniche di produzione; DT 205/2007 Istruzioni per la progettazione, l esecuzione ed il controllo di strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP). Le istruzioni tecniche del CNR sono un importante aiuto alla progettazione ed in quanto tali, non sono cogenti, ma rappresentano pur sempre documenti di comprovata validità riconosciuti dalle NTC Infine, la caratterizzazione meccanica dei materiali compositi risulta, generalmente, più complessa che per i materiali usati tradizionalmente in edilizia, a causa della marcata anisotropia delle caratteristiche meccaniche. I metodi di prova esistenti per caratterizzare tali proprietà possono essere reperiti su numerosi testi specifici o in norme internazionali, come ad esempio quelle pubblicate dall International Organization for Standardization (ISO) e dall American Society for Testing Materials (ASTM). Flessione parallela alle fbre f m,f, 0 MPa Flessione perpendicolare alle fbre f m,f, 90 MPa Taglio parallelo alle fbre fv, 0 MPa Taglio perpendicolare alle fbre fv, 90 MPa Rifollamento parallelo alle fbre flr, 0 MPa Rifollamento perpendicolare alle fbre flr, 90 MPa Tabella 1. Determinazione delle caratteristiche meccaniche dei profili secondo la UNI EN Normativa di riferimento Le norme di riferimento a livello italiano (NTC 2008 e successiva circolare esplicativa n. 617 del 2009) prescrivono che i materiali utilizzati nella realizzazione di una costruzione siano identifcabili, certifcati mediante la documentazione di atestazione con prove sperimentali eseguite da un ente terzo indipendente o, quando previsto, autocertifcati secondo procedure stabilite dalle specifche tecniche europee. L utilizzo dei materiali è subordinato all accetazione da parte del Diretori dei Lavori, che ha il compito di controllare certifcazioni e prove sperimentali efetuate presso laboratori ufciali relativi alle 8 PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 9 proprietà meccaniche, fsiche e chimiche.

6 Come indicato precedentemente, per il progeto e l Come indicato precedentemente, per il progeto e le verifche delle struture realizzate in profli pultrusi, è necessario fare riferimento alle indicazioni riporta necessario fare riferimento alle indicazioni riportate nelle istruzioni tecniche del CNR. Il progeto della strutura deve considerare tute le azioni che potre strutura deve considerare tute le azioni che potrebbero interessare l opera nell arco della sua vita utile defnita in funzione alla sua destinazione d uso. CAMPI DI APPLICAZIONE defnita in funzione alla sua destinazione d uso. REGOLE PER LA PROGETTAZIONE L analisi della risposta struturale alle azioni d L analisi della risposta struturale alle azioni di progeto deve essere condota considerando un Per quanto concerne più in generale il tipo di applicazione possibile, i profili strutturali FRP, si caratterizzano in modo fondamentale Come indicato precedentemente, per il progetto e per le verifiche delle strutture comportamento realizzate in profili elastico pultrusi, è fno necessario a rotura, fare se neces per la loro leggerezza, resistenza e durabilità, e in tal senso tra le tipiche applicazioni nel campo comportamento del nuovo si segnalano elastico le fno a rotura, se necessario, riferimento alle dell ortotropia indicazioni riportate del materiale nelle istruzioni e le tecniche deformazioni del CNR. Il progetto devono della struttura essere deve determinate considerare tenendo tutte le azioni conto del cont passerelle pedonali, i ponti di luce contenuta, anche carrabili, le strutture leggere permanenti e removibili devono e le essere sopraelevazioni. determinate tenendo conto del che contributo potrebbero sia interessare della deformabilità l opera nell arco flessionale della sua e vita sia utile, di quella definita in funzione della sua destinazione d uso. L analisi della risposta strutturale alle azioni di progetto deve Quaderno essere condotta tecnico considerando tagliante. PULTRUSI un comportamento elastico fino a tagliante. rottura, se necessario, che di quella dell ortotropia del materiale mentre le deformazioni Le verifche devono degli essere elementi determinate e dei collegamenti tenendo devon Le verifche degli elementi e dei collegamenti devono conto del essere contributo eseguite sia della sia deformabilità nei riguardi degli flessionale stati e limiti sia di ultimi, quella tagliante. SLU, e sia nei riguardi degli stati limite di esercizio, Le verifiche degli elementi e dei collegamenti devono essere eseguite sia nei riguardi degli stati limiti ultimi, SLU, e sia nei riguardi SLU, e sia nei riguardi degli stati limite di esercizio, SLE, garantendo che in tute le situazioni di progeto Pag. 13 le degli stati limite di esercizio, SLE, garantendo che in tutte le situazioni di progetto resistenza le di di calcolo Rd, d, siano maggiori delle sollecita resistenza di calcolo R d, siano maggiori delle sollecitazioni di di progeto progetto Ed: E d : RE dd Le verifche devono essere condote in termini di Le verifche devono essere condote in termini Le di verifiche resistenza devono e, essere quando condotte opportuno, in termini di termini resistenza di e, stabilità quando opportuno, in termini di stabilità, valutando accuratamente valutando accuratamente le interazioni tra i fenome le interazioni tra i fenomeni di instabilità globale e locale, anche in quei casi ove le condizioni di vincolo ostacolano il loro valutando accuratamente le interazioni tra i fenomeni di instabilità globale e locale, anche in quei manifestarsi. Quaderno casi ove tecnico le condizioni FRP di vincolo ostacolano il loro manifestar le condizioni di vincolo ostacolano il loro manifestarsi. Le linee guida del CNR prevedono che le connessioni tra i vari componenti strutturali possano essere realizzate mediante Le linee guida del CNR prevedono che le connes collegamenti bullonati (realizzati mediante bulloni in acciaio inossidabile), collegamenti incollati, o mediante una combinazione Le linee guida del CNR prevedono che le connessioni tra i vari componenti struturali possano essere di essi. Le verifiche devono essere eseguite considerando Pag. tutte 13 le possibili modalità realizzate di crisi mediante delle parti collegamenti connesse, bullonati ponendo (realizzati realizzate mediante collegamenti bullonati (realizzati particolare mediante attenzione bulloni all orientazione in acciaio delle inossidabile), fibre rispetto collegamenti alla direzione degli sforzi incollati, di sollecitazione. o mediante una combinazione di essi. Le incollati, o mediante una combinazione di essi. Le verifche devono essere eseguite considerando tute le Figura 3. Ponte in profili pultrusi Modalità di crisi dei collegamenti bullonati sollecitati a taglio: possibili modalità di crisi delle parti connesse, pon RE dd possibili modalità di crisi delle parti connesse, ponendo rottura per particolare strappo della atenzione sezione netta all orientazione del piatto; delle fbre rispeto alla direzione degli sforzi di sollecitazione. Per quanto riguarda l impiego nel rinforzo e per la conservazione del patrimonio storico, architettonico rispeto e ambientale alla direzione si evidenzia degli sforzi di sollecitazione. rottura a taglio del piatto; Modalità di crisi dei collegamenti bullonati sollecitati come le caratteristiche meccaniche e prestazionali del materiale bene si concilino con la problematica Modalità in di quanto crisi dei trattasi collegamenti di bullonati sollecitati rifollamento a taglio: del foro; Pag. 16 rotura per strappo della sezione neta del piat materiale molto leggero e reversibile. A solo titolo di esempio nel campo del confronto con il patrimonio storico e architettonico rottura del bullone per taglio. rotura per strappo della sezione neta del piato; si evidenzia la possibilità di irrigidire gli orizzontamenti senza l incremento notevole di peso proprio, l impiego con funzione di rotura a taglio del piato; architrave per la risoluzione di problematiche puntuali, l irrigidimento di paramenti storici soprattutto ai rotura piani più a elevati. taglio del Ancora piato; Modalità di crisi dei collegamenti bullonati sollecitati a trazione: Sd MM Rd rifollamento del foro; nel caso del recupero di elementi snelli in muratura storica quali torri e campanili è plausibile l attuazione di un rinforzo alle quote punzonamento del piatto in FRP; rifollamento del foro; più elevate assicurando elevate resistenze a fronte di ridotti carichi aggiunti. Per quanto riguarda la conservazione dei beni rottura per trazione del bullone. rotura del bullone per taglio. ambientali, la durabilità degli elementi in fibrorinforzato a matrice polimerica garantiscono, nel tempo e alle rotura normali del condizioni bullone per di taglio. Le modalità di crisi dei collegamenti incollati descritti nelle Istruzioni del CNR Modalità riguardano di crisi esclusivamente dei collegamenti elementi bullonati di FRP fk sollecitati servizio, il mantenimento delle prestazioni meccanico-strutturali. Modalità di crisi dei collegamenti bullonati sollecitati sollecitati a trazione: a sforzo normale centrato; fd min a ; fdd f punzonamento del piato in FRP; punzonamento del piato in FRP; le rotture tipiche sono: rotura per trazione del bullone. rottura per scorrimento del giunto; rotura per trazione del bullone. rottura per scorrimento e apertura del giunto. Le modalità di crisi dei collegamenti incollati descr Pag. 18 Le modalità di crisi dei collegamenti incollati descrit nelle Istruzioni del CNR riguardano esclusivamente elementi di FRP sollecitati a sforzo normale centrato elementi di FRP sollecitati a sforzo normale centrato; Per le condizioni le roture di tipiche carico quasi-permanente, sono: la valutazione degli spostamenti, deve essere eseguita assumendo valori dei moduli rotura per scorrimento del giunto; di elasticità ridotti per effetto delle deformazioni viscose. rotura per scorrimento del giunto; Rd s, Rd f, Rd c, rotura per scorrimento e apertura del giunto. rotura per scorrimento e apertura del giunto. Per le condizioni di carico quasi-permanente, la Per le condizioni di carico quasi-permanente, la valutazione degli spostamenti, deve essere eseguita 1 assumendo valori dei moduli di belasticità f ridot per VRd. d f t ff cot cot e assumendo valori dei moduli di elasticità ridot per efeto delle deformazioni viscose. Rd p f Rd V ;V PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 11

7 Poiché le locali condizioni impedivano il ricorso a gru di qualsiasi tipo, è stata posta una particolare atenzione nei riguardi della facilità di lavorazione e di movimentazione del materiale da utilizzare in UN CASO APPLICATIVO L INTERVENTO DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA SAGRESTIA DELLA BASILICA DI SAN DOMENICO A SIENA cantiere. La particolare leggerezza e la possibilità di lavorare il materiale FRP con comuni atrezzature di cantiere (trapani a bateria con punte per ferro, troncatrici orbitali, etc ), senza peraltro precludere le carateristiche di resistenza meccanica e la durabilità nel tempo, hanno contribuito ulteriormente a indirizzare la scelta verso l impiego di profli pultrusi. Figura 4. Pianta della copertura La struttura realizzata per la copertura della sacrestia della Basilica di San Domenico a Siena rappresenta una soluzione decisamente innovativa nel settore edilizio del nostro paese. Con la sua nuda massa laterizia la Basilica di San Domenico si eleva maestosa sul poggio di Camporegio, quasi generata dalla rupe che sovrasta Fontebranda, determinando, insieme alla marmorea cattedrale di Santa Maria Assunta, una visione spettacolare di Siena. Il complesso, con pianta a T di tradizione monastica, si mostra grande e disadorno, con il suo paramento a mattoni movimentato soltanto dalla contrapposizione dei volumi del transetto ed arricchito unicamente dai lunghi finestroni ogivali e dalla successione degli archetti che scandiscono il fianco sinistro del complesso. Alcuni problemi strutturali hanno di recente indotto il Ministero per i Beni Architettonici ad intervenire sulla porzione di copertura posta in corrispondenza della sagrestia della chiesa, a destra della navata centrale, all intersezione tra questa ed il transetto. La copertura originaria, realizzata mediante capriate disposte ad interasse di circa un metro, costituite da travi prefabbricate in cemento armato con sezione a doppio T (13 15 cm.) e da catene in acciaio del diametro di 20 mm che assorbivano le spinte orizzontali, è posta a protezione di una struttura voltata sottostante interessata da alcuni affreschi di notevole interesse storicoartistico. Lo studio progettuale si è inizialmente concentrato su una soluzione che prevedesse un consolidamento dell originaria struttura; intervento più adatto a limitare gli adeguamenti ed a preservare gli affreschi dai pericoli di possibili precipitazioni atmosferiche che un rifacimento completo della copertura avrebbe comportato. Tuttavia, analisi tecnico-economiche hanno invece indotto la società di ingegneria Singeco di Siena a optare per una soluzione innovativa, in grado di accelerare i tempi di esecuzione (riducendo i rischi di pioggia) e di abbattere notevolmente i carichi in gioco. Si è quindi deciso di eseguire una nuova struttura costituita da nove capriate in profili pultrusi in FRP (Fiber Reinforced Polimer). I materiali FRP possiedono infatti caratteristiche particolarmente interessanti: un ottimo rapporto resistenza meccanica-peso, un elevata resistenza all aggressione chimica, un estrema facilità di movimentazione e di posa, assenza di ponte termico e bassa invasività. Caratteristiche di assoluto interesse quando si interviene su edifici storici che richiedono interventi efficaci ma possibilmente non invasivi. Poiché le locali condizioni impedivano il regolare utilizzo di gru di qualsiasi tipo, è stata posta particolare attenzione nei riguardi della facilità di lavorazione e di movimentazione del materiale da utilizzare in cantiere. La particolare leggerezza e la possibilità di lavorare il materiale FRP con comuni attrezzature di cantiere (trapani a batteria con punte per ferro, troncatrici orbitali, etc ), senza peraltro pregiudicare le caratteristiche di resistenza meccanica e la durabilità nel tempo, hanno contribuito ulteriormente a indirizzare la scelta verso l impiego di profili pultrusi. Figura 4. Pianta della copertura PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 13

8 I collegamenti tra i singoli elementi sono stati previsti con piastre e bulloneria in Fe galvanizzato a caldo e incollaggio con adesivi di tipo poliuretanico/epossidico così da evitare il rifollamento dei fori. Al fne di garantire la ripartizione dei carichi orizzontali e verticali, la strutura è stata ancorata al cordolo in UN CASO APPLICATIVO cemento armato esistente lungo tuto il perimetro dell edifcio. L INTERVENTO DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA SAGRESTIA DELLA BASILICA DI SAN DOMENICO A SIENA Su specifco progeto realizzato da Fibre Net in collaborazione con il Prof. Ing. N. Gatesco dell Università di Trieste, la nuova strutura portante è costituita da capriate in profli pultrusi di materiale composito (FRP) con matrice polimerica e fbre lunghe di vetro poste ad un interasse di circa 2,00m, che sostengono degli La struttura è stata dimensionata per sopportare il carico statico della soprastante lamiera grecata in acciaio zincato, del massetto arcarecci strutturale realizzati alleggerito con (reso lo stesso collaborante materiale per mezzo sui di pioli quali in acciaio poggia zincato), una del lamiera manto di grecata copertura in tegole acciaio e coppi collaborate e del carico con della neve. una soleta in calcestruzzo alleggerito. Le aste delle capriate sono costituite da profli a C150x45x8 I collegamenti tra i singoli elementi sono stati previsti con piastre e bulloneria in Fe galvanizzato a caldo e incollaggio con adesivi di tipo poliuretanico/epossidico così da evitare il rifollamento dei fori. accoppiati, mentre gli arcarecci hanno una sezione IPE 150x75x8mm. Gli elementi di connessione fra i Al fine di garantire la ripartizione dei carichi orizzontali e verticali, la struttura è stata ancorata al cordolo in cemento armato profli delle esistente capriate lungo tutto e il l arcarecciatura perimetro dell edificio. sono costituiti da elementi in acciaio zincato e connessi mediante La nuova struttura portante è costituita da capriate in profili pultrusi di materiale composito (FRP) con matrice polimerica e fibre bulloni. Il manto di copertura è in tegole di laterizio. lunghe di vetro poste ad un interasse di circa 2,00m, che sostengono degli arcarecci realizzati con lo stesso materiale sui quali poggia una lamiera grecata in acciaio collaborate con una soletta in calcestruzzo alleggerito. Le aste delle capriate sono costituite In sommità alle pareti, al fne di garantire la ripartizione dei carichi sia orizzontali che verticali, è stato da profili a C150x45x8 accoppiati, mentre gli arcarecci hanno una sezione IPE 150x75x8mm. Gli elementi di connessione fra i profili delle capriate e l arcarecciatura sono costituiti da elementi in acciaio zincato e connessi mediante bulloni. Il manto di previsto un cordolo in cemento armato da 35x30cm adeguatamente armato, lungo tuto il perimetro copertura è in tegole di laterizio. dell edifcio. In sommità alle pareti, al fine di garantire la ripartizione dei carichi sia orizzontali che verticali, è stato previsto un cordolo in cemento armato da 35x30cm adeguatamente armato, lungo tutto il perimetro dell edificio. Figura 5. Particolare del collegamento capriata-muratura osservanza del D.M. 14 gennaio 2008 Nuove norme tecniche per le costruzioni, opportunamente completato ed integrato atraverso l applicazione di quando riportato nelle seguenti norme: Circolare del 02 febbraio 2009 n.617/c.s.ll.pp, Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni ; Eurocodice 2 UNI EN :2005, Progetazione delle struture in calcestruzzo: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifci; Eurocodice 3 UNI EN :2005, Progetazione delle struture in acciaio: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifci; Il dimensionamento, la verifica e la determinazione delle azioni sulla struttura sono state eseguite in osservanza del D.M. 14 Eurocodice 3 UNI EN :2005, Progetazione delle struture in acciaio: Parte 1-8: Progetazione gennaio 2008 Nuove norme tecniche per le costruzioni, opportunamente completato ed integrato attraverso l applicazione di dei collegamenti; quando riportato nelle seguenti norme: CNR-DT 205/2007, Istruzioni per la Progetazione, l Esecuzione ed il Controllo Di Struture realizzate Circolare del 02 febbraio 2009 n.617/c.s.ll.pp, Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni ; con Profli Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP). Eurocodice 2 UNI EN :2005, Progettazione delle strutture in calcestruzzo: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici; Eurocodice 3 UNI EN :2005, Progettazione delle strutture in acciaio: Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici; La modellazione delle capriate è stata eseguita in conformità alle prescrizioni di normativa, mediante Eurocodice 3 UNI EN :2005, Progettazione delle strutture in acciaio: Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti; l utilizzo di un modello agli elementi fniti di caratere tri-dimensionale. Tute le aste che compongono la CNR-DT 205/2007, Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo Di Strutture realizzate con Profili Pultrusi di Materiale Composito Fibrorinforzato (FRP). strutura reticolare, sono state schematizzate atraverso degli elementi monodimensionali beam e La modellazione delle capriate è stata eseguita in conformità alle prescrizioni di normativa, mediante l utilizzo di un modello considerate incernierate in corrispondenza dei nodi. agli elementi finiti di carattere tri-dimensionale. Tutte le aste che compongono la struttura reticolare, sono state schematizzate attraverso degli elementi monodimensionali beam e considerate incernierate in corrispondenza dei nodi. Figura 6. Modello tridimensionale della capriata Oltre alle Figura verifche 6. Modello di tridimensionale resistenza, della stabilità capriatae deformazione richieste dalle normative precedentemente citate Figura 5. Particolare del collegamento capriata-muratura sono state condote anche quelle sui collegamenti di seguito elencate: Oltre alle verifiche di resistenza, stabilità e deformazione richieste dalle normative precedentemente citate sono state condotte Resistenza anche quelle a trazione sui collegamenti della di sezione seguito elencate: indebolita dai fori (verifca della resistenza a strappo); Resistenza a scorrimento del proflo pultruso davanti al bullone; Resistenza a trazione della sezione indebolita dai fori (verifica della resistenza a strappo); Resistenza a scorrimento del profilo pultruso davanti al bullone; Resistenza a rifollamento del foro; Resistenza a rifollamento del foro; Resistenza del bullone in acciaio; Resistenza del bullone in acciaio; PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 15 13

9 UN CASO APPLICATIVO L INTERVENTO DI RIFACIMENTO DELLA COPERTURA DELLA SAGRESTIA DELLA BASILICA DI SAN DOMENICO A SIENA Al fine di aumentare la resistenza a rifollamento dei profili, sia lungo la direzione ortogonale che quella parallela alle fibre, è stato previsto l incollaggio, in corrispondenza dei nodi più sollecitati, di piatti in GFRP dello spessore di 8 mm. Figura 7. Meccanismo a strappo dell anima Figura 10. Particolare del nodo rinforzato mediante incollaggio e immagine di uno spezzone di capriata Figura 8. Meccanismo a strappo del profilo pultruso davanti al bullone Figura 11. Installazione in situ della struttura di copertura della navata laterale Figura 9. Rifollamento del foro del bullone 16 PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 17

10 CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA I profili pultrusi rappresentano, quindi, una valida alternativa ai convenzionali profili metallici. I vantaggi apportati dall utilizzo di questi prodotti spaziano da un ottimo rapporto peso/prestazioni (di concerto con la movimentazione in cantiere degli elementi) e la conseguente velocità di installazione, fino all elevata facilità di lavorazione e limitati interventi di manutenzione. Infine, non essendo il materiale caratterizzato da valori elevati di elasticità, si limita l applicazione del singolo profilo a luci compatibili con le restrizioni imposte da normativa. Tale aspetto può essere comunque ovviato servendosi di soluzioni che prevedano l utilizzo di travature reticolari (come nel caso proposto al capitolo precedente). Grazie alle loro intrinseche proprietà meccaniche, i pultrusi trovano ampia applicazione nel consolidamento di strutture lignee e murarie, come ad esempio l utilizzo di giunzioni, e nella realizzazione di carpenterie leggere. [1] D.M Norme Tecniche per le Costruzioni [2] Circolare n. 617 del C.S.LL.PP. del [3] CNR-DT 205/2007 Istruzioni per la Progettazione, l esecuzione ed il controllo di strutture realizzate con Profili pultrusi di materiale composito fibrorinforzato (FRP), Roma, Consiglio Nazionale delle Ricerche, 9 ottobre PROFILI PULTRUSI IN GFRP PROFILI PULTRUSI IN GFRP 19

11 Fibre Net S.r.l. Via Jacopo Stellini, 3 - Z.I.U Pavia di Udine (Ud) ITALY Tel info@fibrenet.info Associazioni: Sede Legale: Via del Lini, MORUZZO (UD) Azienda certificata ISO 9001:2008 MEMBER OF Le indicazioni riportate nella presente documentazione circa le modalità d uso o di impiego dei nostri prodotti, corrispondenti allo stato attuale delle nostre conoscenze, non comportano alcuna responsabilità sul risultato finale dell opera. L acquirente non è dispensato dall onere e dalla responsabilità di verificare l idoneità dei nostri prodotti per l uso e gli scopi che si prefigge. Fibre Net srl non si assume alcuna responsabilità per utilizzo improprio del materiale. Il cliente è tenuto a verificare che la presente scheda e i dati ivi riportati siano validi per la partita di prodotto di suo interesse e non siano superati in quanto sostituiti da edizioni successive e/o nuove formulazioni di prodotto. Si invita il cliente a contattare preventivamente il nostro Ufficio Tecnico. La presente edizione annulla e sostituisce ogni altra precedente. Ad: Primastudio udine - Stampato su carta ecologica FSC Edizione 1 - gennaio 2014 doc. FB QTC 0301