RINFORZO STRUTTURALE CON FIBRE DI CARBONIO
Capacità portante: quando e come intervenire. Durante la vita di un edificio o di una struttura può accadere che la capacità portante non risulti più adeguata ad adempiere alle funzioni statiche e dinamiche di utilizzo. Le cause che possono portare a tale situazione sono molteplici: Progressiva degradazione dei materiali costituenti Danneggiamenti strutturali dovuti ad eventi sismici Incendi o cedimenti delle fondazioni Variazione delle destinazioni d uso della struttura 3
FRP, intervenire con efficacia e semplicità. L intervento di rinforzo con FRP agisce in maniera semplice ed efficace, andando a sopperire alla mancanza di capacità portante della struttura. L innovazione introdotta da tale intervento sostituisce definitivamente approcci storici di rinforzo. INTERVENTI TRADIZIONALI DI RINFORZO rinforzi a flessione di travi con la tecnica del beton plaqué cerchiatura di colonne confinamento di pilastri compressi con angolari e piatti metallici 4
Cos è il CFRP. Il sistema di rinforzo CFRP prevede l utilizzo di fibre di carbonio annegate in una matrice costituita da resina epossidica. Il sistema, applicato sulla superficie opportunamente pulita e trattata con un primer per migliorarne l adesione, consente una soluzione efficace e flessibile, adatta a differenti geometrie degli elementi strutturali. Inquadramento normativo. Il rinforzo tramite FRP è perfettamente contemplato dalla normativa italiana, che attraverso la norma CNR DT 200/2004 (revisionata 03/2012) per le strutture in c.a., c.a.p. e muratura, stabilisce le modalità per la corretta progettazione del rinforzo. Tale normativa è stata successivamente presa come riferimento per la progettazione attraverso la circolare esplicativa n. 617 del 02/02/2009 riguardante le nuove norme tecniche per le costruzioni del 2008. Al punto C 8.7.1.8. di tale circolare si recita Nel caso in cui nell intervento si faccia uso di materiali compositi (FRP), ai fini delle verifiche di sicurezza degli elementi rinforzati si possono adottare le Istruzioni CNR DT 200/2004 e ss.mm.ii.. Il CNR ha reso disponibili attraverso norme successive, istruzioni per la progettazione con materiali compositi (FRP) anche per strutture lignee e metalliche. Un approccio di questo tipo risulta quindi flessibilmente ed efficacemente applicabile a tutti i campi dell ingegneria strutturale. 5
Interventi di rinforzo con benefici in campo sismico. Rinforzo strutturale delle volte Incremento al taglio nelle parti terminali di travi Fasciatura con tessuto applicato in avvolgimento alla sezione o con fasciatura ad U della stessa. Incremento della rigidità dei solai lignei con la tecnica del placcaggio incrociato Miglioramento delle giunzioni Fasciatura con tessuto in sovrapposizione.
Iniezioni armate Confinamento di pilastri tramite fasciatura Applicazione di fasce con direzione delle fibre corrispondente a quella delle staffe. Incremento di resistenza a flessione di travi e pilastri Tessuto applicato con le fibre direzionate lungo le barre longitudinali. Ancoraggio efficace principalmente nelle zone terminali del rinforzo. Confinamento di strutture murarie per cerchiatura esterna Evitare tratti rettilinei lunghi e smussare gli spigoli in modo da avere un raggio di curvatura minimo di 20 mm.
Vantaggi del sistema CFRP. I materiali FRP hanno introdotto importanti e vantaggiose innovazioni nel campo dei rinforzi strutturali. Il perfetto connubio tra fibre di rinforzo ad elevato modulo e prestazioni meccaniche e di una matrice polimerica adesiva, consente l efficace trasferimento delle tensioni che agiscono sulla struttura alle fibre, aumentando quindi la capacità portante complessiva del sistema. La tecnologia che un tempo era prerogativa di settori tecnologicamente più avanzati, come quello aeronautico e militare, oggi è facilmente accessibile anche al settore edile. Le eccezionali proprietà meccaniche delle fibre, unite a praticità applicativa, velocità di esecuzione, leggerezza ed economicità, costituiscono una soluzione flessibile, mirata ed economica rispetto alle tecniche tradizionali. L applicazione del sistema FRP con fibre di carbonio consiste in 5 semplici fasi, che devono essere in ogni caso precedute dalla regolarizzazione del substrato. Nel caso in cui siano presenti delle fessure si rendono necessarie preventivamente delle iniezioni consolidanti a base di resine.
Questa è l applicazione dei prodotti Fassa: FASE 1 Applicare una mano di fondo di ancorante epossidico BCF 580 FONDO a rullo o pennello. 1FASE 2 Rasare fresco su fresco con BCF 581 STUCCO a spatola, in maniera da chiudere liscia. 2FASE 3 Sul rasante fresco stendere le strisce di tessuto in fibra di carbonio parallele alle linee dello sforzo dell elemento strutturale da rinforzare (BCF 582 CARBOTEX UNI, BCF 583 CARBOTEX DUO o BCF 586 CARBOTEX QUAD) oppure le lamine in carbonio pultruse, quando queste siano prescritte in alternativa ai tessuti. 3FASE 4 Saturare il tessuto applicando a rullo più mani d impregnante epossidico BCF 584 BASE. 4FASE 5 Applicare a spolvero sabbia silicea di granulometria fino ad 1 mm, la quale applicazione di una malta a base cemento 5o a base di calce e cemento.
Regole di applicazione ed eventuali fenomeni che si possono manifestare. Di seguito vengono riportati alcuni semplici consigli pratici che permettono di evitare il verificarsi delle cause più comuni di distacco o delaminazione del rinforzo. CORRETTA PREPARAZIONE DEL SUPPORTO Particolare attenzione deve essere prestata alle condizioni del supporto. Nel caso in cui il supporto si presenti degradato, incoerente o non planare, risulta necessario procedere con un intervento di rimozione della parte degradata e una successiva applicazione di malta tipo betoncino con caratteristiche il più possibile compatibili con quelle del supporto. I prodotti più indicati per questo tipo di applicazioni sono i betoncini B525 in condizioni normali e B548 nel caso si voglia ridurre il tempo per la successiva applicazione del rinforzo. Nel caso in cui siano presenti delle fessure è necessario procedere con delle iniezioni consolidanti (resine epossidiche) prima di applicare il rinforzo. Nel caso in cui il substrato si presenti in buono stato risulta comunque necessario effettuare un trattamento di idrosabbiatura fino a che l inerte non venga messo in evidenza e comunque dopo essersi assicurati della adeguata resistenza meccanica superficiale del manufatto. CORRETTA IMPREGNAZIONE DEL TESSUTO L impregnazione del tessuto è una fase molto importante ai fini dell efficacia del rinforzo. La funzione della resina costituente la matrice è quella di trasferire lo sforzo alle fibre, quindi un incompleta impregnazione determina una resistenza del rinforzo nettamente inferiore rispetto a quella di progetto. Per evitare tale problema è buona norma evitare di impregnare tessuti con grammatura superiore ai 600 gr/m 2 : è preferibile quindi, in ogni caso, l applicazione di più strati di tessuto di grammatura inferiore sovrapposti, per raggiungere le condizioni di rinforzo previste da progetto. Nel caso in cui il rinforzo sia costituito da tessuti bi e quadri-direzionali la fase di impregnazione dev essere effettuata con maggiore cura.
DELAMINAZIONE ALLE ESTREMITÀ (PEELING) Il fenomeno del PEELING si manifesta attraverso una delaminazione del rinforzo applicato sul substrato. Tale fenomeno avviene principalmente nel rinforzo di travi a flessione ed è dovuto alle forti tensioni di interfaccia che si instaurano tra rinforzo e supporto che determinano l incorrere di tale fenomeno a tensioni nettamente inferiori a quelle di progetto. Per evitare l insorgere di tale problematica si consiglia di limitare gli strati di rinforzo al massimo a 6. Particolarmente efficace risulta l estensione del rinforzo fino agli appoggi e la relativa fasciatura ad U alle SPINTA A VUOTO Il fenomeno di spinta a vuoto si manifesta principalmente durante il rinforzo a taglio in cui viene utilizzata una fasciatura ad U. La parte debole risulta l angolo di raccordo tra trave e soffitto. In questa parte si deve fare attenzione ad arrotondare il tessuto applicato in maniera da evitare il tranciamento del rinforzo. Si deve prestare inoltre attenzione al corretto incollaggio per evitare che lo sforzo di trazione trasferito all adesivo ne determini il distacco preventivo. SCELTA DEL TESSUTO: UNI, BI O QUADRI- DIREZIONALE La scelta del tessuto è importante al fine di ottimizzare l efficacia del rinforzo. La condizione migliore di lavoro per un tessuto è quella in cui lo sforzo agente su di esso sia lungo la direzione delle fibre; particolarmente efficace in un regime di sforzo uni-assiale (rinforzo a flessione di travi, rinforzo a taglio di travi, rinforzo per confinamento di colonne, ecc.), mentre tessuti bi e quadridirezionali sono maggiormente efficaci per stati tensionali che agiscono in più direzioni.
Dove si usa il sistema CFRP. Rinforzo a presso-flessione di una colonna Rinforzo di volte
Rinforzo a taglio di una trave Rinforzo a flessione di una trave SEZIONE C-C SEZIONE A-A Rinforzo a flessione di un solaio in latero-cemento
Dati tecnici BICOMPONENTI BCF BCF 580 FONDO Massa volumica UNI 8310 gr/m 3 1,03 ± 0,05 Pot life UNI EN ISO 9514 min 20 ± 5 Essiccazione superficiale UNI 8904 ore 7 ± 2 Tempo minimo di maturazione 7 giorni Temperatura di applicazione C da +7 a +35 Carico massimo in trazione ISO 527 MPa 48 ± 10 Carico in flessione ISO 178 MPa 84 ± 15 Allungamento in trazione ISO 527 2,7 ± 0,6% Carico in compressione ASTM D 695 MPa 77 ± 10 Resistenza UV e condenza ASTM D 4329 > 4.000 ore Adesione su cls (pull-off test) ASTM D 4541 > 3,5 MPa Durezza Shore D ASTM D 2240 > 77 Rapporto A:B 2:1 Consumi 0,2 Kg/m 2 circa BCF 581 STUCCO Massa volumica UNI 8310 gr/m 3 1,22 ± 0,05 Pot life UNI EN ISO 9514 min 35 ± 5 Essiccazione superficiale UNI 8904 ore 9 ± 2 Tempo minimo di maturazione 7 giorni Temperatura di applicazione C da +7 a +35 Carico massimo in trazione ISO 527 MPa 50 ± 10 Carico in flessione ISO 178 MPa 75 ± 15 Allungamento in trazione ISO 527 2,0 ± 0,6% Carico in compressione ASTM D 695 MPa 83 ± 10 Resistenza UV e condenza ASTM D 4329 > 4.000 ore Adesione su cls (pull-off test) ASTM D 4541 > 3,2 MPa Durezza Shore D ASTM D 2240 > 82 Rapporto A:B 5,2:0,8 Consumi 1 3 Kg/m 2 circa BCF 584 BASE Massa volumica UNI 8310 gr/m 3 1,04 ± 0,05 Pot life UNI EN ISO 9514 min 25 ± 5 Essiccazione superficiale UNI 8904 ore 8 ± 2 Tempo minimo di maturazione 7 giorni Temperatura di applicazione C da +7 a +35 Carico massimo in trazione ISO 527 MPa 50 ± 10 Carico in flessione ISO 178 MPa 83 ± 15 Allungamento in trazione ISO 527 2,5 ± 0,6% Carico in compressione ASTM D 695 MPa 75 ± 10 Resistenza UV e condenza ASTM D 4329 > 4.000 ore Adesione su cls (pull-off test) ASTM D 4541 > 3,5 MPa Durezza Shore D ASTM D 2240 > 80 Rapporto A:B 2:1 1 1,2 Kg/m 2 circa Consumi per impregnare il nastri in fibra di carbonio da 300 gr/m 2 14
BCF 582 CARBOTEX UNI 300 gr/m 2 Grammatura gr/m 2 300 Lunghezza rotolo m 50/25 Numero di filamenti 12.000 Resistenza a trazione MPa 4.500 ca. Modulo elastico a trazione GPa 240 ca. Allungamento alla rottura 2,1% Area resistente per unità di larghezza totale (0/90 ) mm 2 /m 160 ca. Carico massimo per unità di larghezza totale (0/90 ) kn/m 740 ca. Colore del nastro nero Prodotto Confezione BCF 582 CARBOTEX UNI 300 gr/m 2 rotolo m 25 x 0,5 BCF 582 CARBOTEX UNI 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,5 BCF 582 CARBOTEX UNI 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,25 TESSUTI / RETI BCF BCF 583 CARBOTEX DUO 300 gr/m 2 Grammatura gr/m 2 300 Lunghezza rotolo m 50 Numero di filamenti 12.000 Resistenza a trazione MPa 5.000 ca. Modulo elastico a trazione GPa 250 ca. Allungamento alla rottura 2,1% Area resistente per unità di larghezza totale (0/90 ) mm 2 /m 160 ca. Carico massimo per unità di larghezza totale (0/90 ) kn/m 830 ca. Colore del nastro nero Prodotto Confezione BCF 582 CARBOTEX DUO 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 1 BCF 582 CARBOTEX DUO 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,5 BCF 582 CARBOTEX DUO 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,33 BCF 582 CARBOTEX DUO 300 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,25 15
Dati tecnici TESSUTI / RETI BCF BCF 585 CARBOTEX UNI 600 gr/m 2 Grammatura gr/m 2 300 Lunghezza rotolo m 50 Numero di filamenti 12.000 Resistenza a trazione MPa 4.500 ca. Modulo elastico a trazione GPa 240 ca. Allungamento alla rottura 2,1% Area resistente per unità di larghezza totale (0/90 ) mm 2 /m 160 ca. Carico massimo per unità di larghezza totale (0/90 ) kn/m 740 ca. Colore del nastro nero Prodotto Confezione BCF 585 CARBOTEX UNI 600 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,5 BCF 585 CARBOTEX UNI 600 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,25 BCF 586 CARBOTEX QUAD 410 gr/m 2 Grammatura gr/m 2 410 Grammatura fibra di carbonio a 0, +45, -45, 90 gr/m 2 85-105 - 105-105 Lunghezza rotolo m 50 Modulo elastico a trazione GPa 240 Resistenza alla trazione MPa 4.800 Allungamento alla rottura 2,1% Carico di rottura a 0, 90 Kg/cm 150-200 Spessore per il calcolo delle sezioni di fibra a +45, -45 mm 0,058 Carico di rottura a 0, 90 Kg/cm 150-200 Carico di rottura a +45, -45 Kg/cm 200 Colore del nastro nero Prodotto Confezione BCF 586 CARBOTEX QUAD 410 gr/m 2 rotolo m 50 x 1,27 BCF 586 CARBOTEX QUAD 410 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,42 BCF 586 CARBOTEX QUAD 410 gr/m 2 rotolo m 50 x 0,33 16
BARRE TIPO S Proprietà geometriche Colore nero Densità ASTM D 792 1,6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C BARRE BCF Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 160 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 2.500 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 1,6% BARRE TIPO HM Proprietà geometriche Colore nero Densità ASTM D 792 1,6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 210 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 2.700 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 1,3% BARRE TIPO HHM Proprietà geometriche Colore nero Densità ASTM D 792 1.6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 250 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 2.500 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 1,3% 17
Dati tecnici LAMINE BCF BCF 590 CARBOLAMINA S Proprietà geometriche Colore nero Dimensioni (spessore) 1,4 mm Densità ASTM D 792 1,6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 160 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 2.200 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 1,4% Prodotto Confezione BCF 590 CARBOLAMINA S - 50x1,4 rotoli m 25 - mm 50x1,4 BCF 590 CARBOLAMINA S - 100x1,4 rotoli m 25 - mm 100x1,4 BCF 591 CARBOLAMINA HM Proprietà geometriche Colore nero Dimensioni (spessore) 1,4 mm Densità ASTM D 792 1,6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 210 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 2.200 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 1,3% Prodotto Confezione BCF 591 CARBOLAMINA HM - 50x1,4 rotoli m 25 - mm 50x1,4 BCF 591 CARBOLAMINA HM - 100x1,4 rotoli m 25 - mm 100x1,4 18
BCF 592 CARBOLAMINA HHM Proprietà geometriche Colore nero Dimensioni (spessore) 1,4 mm Densità ASTM D 792 1,6 gr/cm 3 Contenuto fibra in volume ISO 11667 68% Temperatura di transizione vetrosa ASMT 1356 130 C LAMINE BCF Proprietà meccaniche Modulo elasticità a trazione ASTM D 3039 250 GPa Resistenza a trazione ASTM D 3039 1.500 MPa Deformazione a rottura a trazione ASTM D 3039 0,6% Prodotto Confezione BCF 592 CARBOLAMINA HHM - 50x1,4 rotoli m 25 - mm 50x1,4 BCF 592 CARBOLAMINA HHM - 100x1,4 rotoli m 25 - mm 100x1,4 BCF 593 CARBOWRAP Prodotto Confezione BCF 593 CARBOWRAP 8 10 m x 8 mm Prodotto Confezione BCF 593 CARBOWRAP 10 10 m x 10 mm CONNETTORI BCF Prodotto BCF 593 CARBOWRAP 12 Confezione 10 m x 12 mm 19
FASSA S.p.A. Via Lazzaris, 3-31027 Spresiano (TV) tel. 0422 7222 - fax 0422 887509 www.fassabortolo.com - fassa@fassabortolo.com STABILIMENTI DI PRODUZIONE Spresiano (TV) - tel. 0422 725475 - fax 0422 725478 Artena (Roma) - tel. 06 9516461 - fax 06 9516627 Mazzano (BS) - tel. 030 2629361 - fax 030 2120170 Ravenna - tel. 0544 456356 - fax 0544 688965 Moncalvo (AT) - tel. 0141 921434 - fax 0141 921436 Bagnasco (CN) - tel. 0174 716618 - fax 0174 716612 Molazzana (LU) - tel. 0583 641687 - fax 0583 641636 Popoli (PE) - tel. 085 9875027 - fax 085 9879321 Sala al Barro (LC) - tel. 0341 540119 - fax 0341 240115 Montichiari (BS) - tel. 030 9961953 - fax 030 9962833 Bitonto (BA) - tel. 080 5383207 - fax 0422 723031 Calliano (AT) - tel. 0141 928701 - fax 0141 928835 FASSALUSA Lda - Portogallo São Mamede (Batalha) - tel. +351 244 709 200 - fax +351 244 704 020 FILIALI COMMERCIALI Bolzano - tel. 0471 203360 - fax 0471 201943 Altopascio (LU) - tel. 0583 216669 - fax 0583 269646 Sassuolo (MO) - tel. 0536 810961 - fax 0536 813281 FASSA SA - Svizzera Mezzovico (Lugano) - tel. +41 091 9359070 - fax +41 091 9359079 Aclens - tel. +41 021 6363670 fax +41 021 6363672 FASSA FRANCE - Francia Lione - tel. 0800 300 338 - fax 0800 300 390 FASSA HISPANIA SL - Spagna Madrid - mob. +34 606 734 628 - fax +351 244 704 020