Rinforzo di Strutture in Muratura tramite Materiali Compositi Fibrorinforzati (FRP) acuradi: ing.ernesto Grande

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1 Università degli Studi di Cassino Progettazione Sostenibile bl di Strutture tt Rinforzo di Strutture in Muratura tramite Materiali Compositi Fibrorinforzati (FRP) acuradi: ing.ernesto Grande it/ernesto

2 gran parte del patrimonio edilizio italiano è costituito da strutture in muratura molte delle dll quali di rilevanza storico artistica ti ti

3 Vulnerabilità degli edifici in muratura esistenti (età, danneggiamento, aspetti progettuali, etc.) collassi parziali e globali in seguito al sisma

4 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Parete muraria sollecitato fuori del proprio piano Parete muraria sollecitato nel proprio piano meccanismi di collasso locali e globali

5 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso fuori del piano F i d l d di t Funzione del grado di ammorsamento (Rondelet, 1802)

6 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso fuori del piano Effetto spingente del tetto

7 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso fuori del piano Ribaltamento parete

8 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso fuori del piano collasso fuori piano parete superiore

9 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso nel piano

10 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso nel piano scorrimento Fessurazione diagonale

11 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) meccanismi di collasso nel piano Lesioni da flessione in pannelli snelli

12 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo Interventi e Tecniche tradizionali Interventi e Tecniche innovativi

13 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo tradizionali intervento di cuci-scuci Si ripristinano zone limitate di muratura danneggiate con una nuova tessitura muraria con elementi con caratteristiche simili e malte a ritiro limitato. Comunque sono necessari altri interventi i mirati i ad evitare la causa in seguito alla quale è emerso lo stato fessurativo.

14 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo tradizionali inserimento di cordoli in c.a. Comportamento scatolare della struttura importanza del piano rigido

15 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo tradizionali Tirantature metalliche tengono insieme le pareti opposte degli edifici in muratura favorendo l effetto scatolare o sono invasive ed evidenti internamente, a condizione che non attraversino i pavimenti, in qual caso è però necessario demolire i pavimenti per la loro messa in opera o determinano la concentrazione di sforzi su porzioni limitate di muratura

16 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo tradizionali Tirantature metalliche Contrastano la spinta di archi e volte

17 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) interventi di rinforzo tradizionali Iniezioni armate Questa tecnica, nata negli anni '50 per consolidare terreni in fondazione o rocce, è stata adottata per riconsolidare murature danneggiate dal sisma in Filid Friuli del 1976 ed è oggi largamente usata per sanare fenomeni di degrado

18 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Iniezioni armate interventi di rinforzo tradizionali L'intervento consiste nel praticare nella muratura da riconsolidare una serie di fori inclinati verso il basso e profondi due terzi dello spessoress del muro. Si procede quindi a iniettare il materiale legante con uno speciale macchinario costituito da una pompa. Il materiale inserito andrà a costituire un corpo unico con il materiale lapideo presente all'interno.

19 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Iniezioni armate interventi di rinforzo tradizionali Intervento passivo che garantisce un incremento di resistenza e/o il ripristino di danneggiamenti locali senza alterare l equilibrio né l aspetto esteriore della muratura. Miglioramento delle caratteristiche meccaniche della muratura.

20 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Intonaco armato interventi di rinforzo tradizionali L intervento consiste nel realizzare in aderenza alla superficie muraria delle lastre di materiale a base cementizia armate con una rete metallica (o di altro materiale) e rese solidali ld l alla muratura (attraverso tiranti passanti in acciaio o cordoli ammorsati).

21 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Intonaco armato interventi di rinforzo tradizionali Incremento di resistenza e duttilità senza modificare l equilibrio delle pareti. Facilità e basso costo di esecuzione. L intervento presenta anche notevoli svantaggi: modifica della rigidezza e quindi della risposta sismica; aumento di massa; alterazione dell aspetto esteriore della muratura.

22 Meccanismi di collasso per azioni orizzontali (sisma) Cerchiature aperture interventi di rinforzo tradizionali Inserimento di telai in c.a. o in acciaio per realizzare la riquadratura delle aperture. II telai lavorano in parallelo l con i maschi murari, e forniscono un incremento di resistenza e di duttilità alle pareti. E necessario che i telai possiedano adeguata rigidezza, ai fini della loro entrata in carico, e siano realizzati a perfetto contatto con la muratura esistente.

23 materiali fibro rinforzati rinforzati FRP

24 sono materiali compositi, eterogenei ed anisotropi, che mostrano un comportamento prevalentemente elastico lineare fino al collasso (CNR DT200). fibre matrice polimerica i In generale, i materiali compositi sono costituiti da due o più materiali (fasi) di natura diversa e macroscopicamente distinguibili; almeno due delle fasi presentano proprietà fisiche e meccaniche sufficientemente diverse tra loro, in modo da impartire al composito proprietà differenti da quelle dei costituenti.

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26 Esistono vari tipi di fibre: carbonio, vetro, aramidiche, basalto ma anche acciaio, canapa, lino

27 già in commercio!

28 già in commercio!

29 già in commercio!

30 Le resine hanno la funzione principale di ripartire gli sforzi tra le fibre e proteggerle dai danni meccanici e ambientali. Tipi di resine: Termoindurenti non possono essere deformate dopo la polimerizzazione Termoplastiche possonoessere deformate ma anche adesivi a base ma anche adesivi a base cementizia

31 BIOCOMPOSITI Le fibre sono di origine vegetale e le resine sono di origine vegetale o animale. Ogni componente del materiale è biocompatibile è un campo in crescente sviluppo

32 APPLICAZIONI Rinforzo delle strutture murarie

33 APPLICAZIONI Rinforzo delle strutture murarie

34 APPLICAZIONI Rinforzo delle strutture murarie

35 APPLICAZIONI maschi murari

36 APPLICAZIONI Fasce di piano

37 APPLICAZIONI maschi murari + fasce di piano

38 APPLICAZIONI Rinforzo a flessione e a taglio dei maschi murari

39 APPLICAZIONI Rinforzo a flessione delle fasce di piano

40 riconosciuti i in ambito normativo

41 L inserimento dei rinforzi è motivato dalle seguenti ragioni: trasmissione di sforzi di trazione all interno di singoli elementi strutturali o tra elementi contigui (rinforzi a flessione, taglio, ecc.); collegamento tra elementi che collaborano a resistere all azione esterna (catene di volte e di pareti, connessioni tra pareti ortogonali, ecc.); irrigidimento di solai nel proprio piano per conseguire un funzionamento a diaframma rigido; limitazione dell apertura di fessure; confinamento di colonne al fine di incrementare la resistenzadel it dl materiale.

42 VERIFICA DELLA SICUREZZA fessurazione per trazione della muratura; schiacciamento della muratura; taglio scorrimento della muratura; verifica muratura rottura del composito fibrorinforzato; delaminazione (o decoesione) del rinforzo di FRP dalla muratura; verifica rinforzo

43 VERIFICA nelpiano delpannello

44 VERIFICA nelpiano delpannello sezione presso-inflessa σ calcolo del momento ultimo ε u ε schiacciamento muratura

45 VERIFICA nelpiano delpannello σ rottura ε decoesione sezione presso-inflessa schiacciamento muratura- collasso rinforzo σ ε u ε calcolo del momento ultimo

46 de coesione del rinforzo dal pannello L b F

47 de coesione del rinforzo dal pannello L b F

48 de coesione del rinforzo dal pannello L b F F Lunghezza ottimale di ancoraggio L b

49 de coesione del rinforzo dal pannello La lunghezza le viene definita lunghezza ottimale di ancoraggio e corrisponde quindi alla lunghezza minima di quest ultimo che assicura la trasmissione del massimo sforzo di aderenza.

50 de coesione del rinforzo dal pannello Tensione massima a cui può lavorare il rinforzo ε max =f fdd /E f F max =f fdd A f Dipende dall interazione supporto/rinforzo

51 de coesione del rinforzo dal pannello Tensione massima a cui può lavorare il rinforzo

52 de coesione del rinforzo dal pannello Tensione massima a cui può lavorare il rinforzo rinforzo γ m γ fd E f (MPa) t f (mm) ε fu (%) f mtm (MPa) f mk (MPa) c 1 le (mm) Γ fk (Nmm) f fdd (MPa) ε f dd (%) ε f dd / ε fu canapa lino carbonio dd [MPa] f fd εfdd/ /εfu canapa lino carbonio 0.00 canapa lino carbonio

53 crisi del rinforzo dal pannello F rottura del rinforzo: ε max =ε fu

54 de coesione del rinforzo dal pannello rottura del rinforzo: ε max =ε fu