RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE

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1 CNR-DT 200/2004 Istruzioni per la Progettazione, l Esecuzione ed il Controllo di Interventi di Consolidamento Statico mediante l utilizzo dicompositi Fibrorinforzati Materiali, strutture in c.a. e in c.a.p., strutture murarie Napoli, 10 giugno 2005 RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE Andrea Benedetti Università di Bologna coordinatori Elio Sacco Università di Cassino

2 Distacco del cantonale

3 Rotazione della parte terminale del muro di facciata

4 Collasso per flessione verticale

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6 Miglioramento flessionale dei maschi murari e delle fasce di piano

7 Cerchiatura di celle convesse

8 e non convesse

9 Rinforzo di volte

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11 5 RINFORZO DI STRUTTURE MURARIE 5.1 Generalità 5.2 Valutazione della sicurezza 5.3 Valutazione della resistenza alla delaminazione 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

12 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 atto del collasso.

13 Interventi di restauro su strutture di interesse storico e monumentale specifica giustificazione sull indispensabilit indispensabilità, improrogabilità e compatibilità dell'intervento con le teorie del restauro; determinazione della reale efficacia dell intervento, assicurandone la compatibilità (fisico-chimica, costruttivo-meccanica meccanica,, strutturale), la durabilità e la reversibilità.

14 Funzione dei rinforzi FRP trasmissione di sforzi di trazione all interno di singoli elementi strutturali o tra elementi contigui;

15 collegamento tra elementi che collaborano a resistere all azione azione esterna;

16 irrigidimento di solai nel proprio piano per conseguire un funzionamento a diaframma rigido;

17 strati di barre di cucitura confinamento di colonne al fine di incrementare la resistenza

18 Criteri per l applicazione l di FRP Stato di trazione nei rinforzi in FRP per sopperire alla resistenza trascurabile del materiale muratura nei confronti della trazione. Rinforzi in FRP soggetti a compressione non sono in grado di incrementare le prestazioni delle murature (delaminazione per instabilità locale). Applicazione di FRP deve su elementi strutturali di adeguate proprietà meccaniche. Preconsolidamento di muratura danneggiata, disomogenea o viziata. Interventi non su estese superfici del paramento murario al fine di presevare un adeguata traspirabilità del sistema.

19 Articolazione degli interventi Consolidamento realizzato allo scopo di: incrementare la resistenza di pannelli,, archi o volte; incrementare la resistenza a compressione cerchiando colonne; ridurre la spinta di strutture spingenti; trasformare elementi non strutturali in elementi strutturali; rafforzare e irrigidire strutture orizzontali non spingenti; incatenare o fasciare l edificiol all altezza altezza degli impalcati o della copertura.

20 Modellazione della struttura Schema strutturale capace di modellare il comportamento dell edificio edificio nelle condizioni di futuro esercizio Modelli non lineari in grado di simulare il comportamento anelastico della muratura della sua connessione con FRP. Modello elastico lineare Schematizzazioni semplificate,, adeguatamente giustificate: distribuzione equilibrata delle tensioni, anche prescindendo dalla la congruenza, trazioni assorbite dal rinforzo FRP, schemi strutturali parziali (strutture con parti regolari o ripetitive)

21 Modellazione della muratura, del rinforzo e del loro accoppiamento Fessurazione per trazione della muratura Schiacciamento della muratura Taglio-scorrimento della muratura resistenza a trazione nulla compressione verticale f mk compressione orizzontale f h mk (= 0.5 f mk Rottura del FRP fragile Delaminazione del rinforzo in FRP dalla muratura f vk. mk ) Le modalità di collasso relative alle strutture rinforzate coinvolgono una combinazione delle possibili modalità di crisi dei materiali

22 Verifiche di sicurezza agli stati limite ultimi. 1. Modelli non lineari: si deve verificare che la capacità della struttura non risulti minore della domanda di progetto. 2. Modello elastico lineare o schemi semplificati: la verifica deve essere effettuata con riferimento alle sollecitazioni risultanti su sezioni dei singoli elementi strutturali. Tagli e momenti sollecitanti di progetto minori dei corrispondenti valori resistenti di progetto. Verifiche allo stato limite di danno per strutture soggette ad azioni sismiche.

23 Valutazione della resistenza alla delaminazione La delaminazione coinvolge i primi strati di muratura e dipende da: lunghezza della zona incollata, energia specifica di frattura del legame di interfaccia, presenza di tensioni normali. t f Estremità della lamina F max Tensione di progetto nel rinforzo da un rinforzo (lamine o tessuti) di lunghezza pari o superiore a quella ottimale di ancoraggio: 1 2 E Γ f Fk f = fdd γ γ t f,d M f

24 Lunghezza ottimale di ancoraggio, l e : lunghezza minima che assicura la trasmissione del massimo sforzo di aderenza: modulo di elasticità normale del composito fibrorinforzato l e = Et f 2 f f mtm [lunghezze in mm] resistenza media a trazione della muratura (0.10 f mk ) Energia specifica di frattura del legame di interfaccia, Γ Fd, con delaminazione che coinvolga i primi strati di muratura: Γ Fk = c1 fmk fmtm [forze in N e lunghezze in mm] c 1 =

25 Tensione di progetto per lunghezze di ancoraggio, l b, inferiori a l e : f fdd,rid l l b = f 2 fdd e l l b e Tensione di progetto in presenza di tensioni normali al paramento: σ σ f fpd = ffdd 1 1 = σ t r Sd f f f Sd mtd tensione normale al paramento resistenza a trazione della muratura Per rinforzi a sagoma curva, con raggio di curvatura r:

26 Lunghezza di ancoraggio F Valutazione della forza d ancoraggio Schema FEM Tensione di strappo nel FRP [MPa] lunghezza ottimale d'ancoraggio l e = 437 mm Tensione di strappo f fdd = 114 MPa E = 38 MPa E = 380 Mpa E = 3800 MPa Lunghezza d'ancoraggio [mm]

27 Un semplice esempio di calcolo punto di controllo Edificio di 3 piani posto in zona sismica 2

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29 non rinforzata 3.E+05 3.E+05 Domanda di spostamento F y*(n) 2.E+05 2.E+05 1.E+05 Curva di risposta 5.E+04 0.E+00 T* = 0.36 sec Γ = d *(mm) Fattore di struttura: q = 2.12

30 punto di controllo Rinforzi FRP

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32 con catene FRP 4.E+05 3.E+05 F y*(n) 2.E+05 1.E+05 0.E+00 Domanda di spostamento Curva di risposta T* = 0.36 sec Γ = d *(mm) Fattore di struttura: q = 4.52

33 catene e rinforzi verticali FRP punto di controllo

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35 5.E+05 4.E+05 Curva di risposta F y* (N) 3.E+05 2.E+05 Domanda di spostamento 1.E+05 0.E d *(mm) T* = 0.36 sec Γ = 1.53 Fattore di struttura: q = 3.85

36 1. Il rinforzo tramite FRP incrementa in modo significativo la duttilità strutturale della costruzione. 2. I valori delle tensioni nel FRP sono molto superiori di quelle possibili ricorrendo alla sola aderenza muratura-frp FRP: : sono necessari dispositivi di ancoraggio meccanici. 3. La costruzione non rinforzata non soddisfa i requisiti sismici relativi alla zona 2; la costruzione consolidata è adeguata alla zona 2.