RINFORZO A TAGLIO DI TRAVI E TRAVETTI IN C.A. INTERVENTO CON TESSUTO IN FIBRA IN CARBONIO Descrizione modalità di crisi Crisi per flessione dovuta a: 1) carenza di armatura trasversale; 2) degrado dei materiali. Riferimenti normativi CNR DT 200 R1/2013 4.3 Linee Guida ReLUIS 3.1.2, 3.3.1.2 Linee guida per la identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione di compositi fibrorinforzati a matrice polimerica (FRP) da utilizzarsi per il consolidamento strutturale di costruzioni esistenti (09/07/2015). Descrizione della tecnologia suggerita L obiettivo dell intervento è quello di aumentare la resistenza a taglio degli elementi mediante l applicazione del materiale composito come integrazione di staffatura. Il rinforzo a taglio si realizza applicando strisce verticali o inclinate di tessuto, su uno o più strati, con adeguate sovrapposizioni, in aderenza alla superficie esterna dell elemento da rinforzare. L incollaggio del tessuto può avvenire con configurazione ad U o in avvolgimento all intera sezione della trave. Le strisce possono essere applicate in maniera discontinua, con spazi vuoti fra strisce consecutive oppure in maniera continua, con strisce adiacenti l una all altra. Il sistema di rinforzo è realizzato mediante MAPEWRAP C UNI-AX, tessuto unidirezionale in fibra di carbonio ad alta resistenza ed elevato modulo elastico, disponibile in diverse grammature (300 e 600 g/m 2 ) e in diverse altezze (10, 20 e 40 cm). Effetti Incremento della resistenza a taglio; Nessun incremento di massa e di rigidezza; Nessun problema di corrosione; Modellazione Si veda CNR DT 200 R1/2013 5.2.1 Progetto e Calcolo L intervento proposto si pone in parallelo alla struttura esistente, collaborando con questa senza sostituirla, in modo che assieme si pervenga ad un incremento della resistenza e della portanza delle travi, senza indesiderate modifiche nella distribuzione delle masse e delle rigidezze. L analisi è effettuata con il metodo semiprobabilistico allo Stato Limite Ultimo, considerando i carichi, congruamente amplificati e combinati secondo coefficienti di sicurezza.
Posa in opera FASE 1: Preparazione supporto. Le superfici da ripristinare dovranno essere preparate asportando completamente il calcestruzzo ammalorato mediante scalpellatura a mano o meccanica o con altri mezzi idonei quali l idroscarifica al fine di ottenere un supporto solido, esente da parti in distacco e sufficientemente ruvido. Qualora la rimozione del calcestruzzo ammalorato sia stata eseguita mediante scalpellatura a mano o meccanica sarà necessario eseguire la spazzolatura dei ferri d armatura affioranti oppure procedere all idrosabbiatura, al fine di rimuovere la ruggine presente e portare la superficie a metallo bianco. L idrosabbiatura non è necessaria qualora la preparazione della superficie sia stata effettuata mediante idroscarifica, ma si rende necessaria quando trascorre un elevato intervallo di tempo da tale operazione a causa di particolari esigenze organizzative di cantiere, prima del trattamento dei ferri d armatura. Dopo la rimozione della ruggine, i ferri d armatura dovranno essere trattati mediante l applicazione a pennello di doppia mano di malta cementizia anticorrosiva monocomponente monocomponente tipo MAPEFER o MAPEFER 1K della MAPEI S.p.A.. Entrambi i prodotti a base di leganti cementizi, polimeri in polvere e inibitori di corrosione hanno la specifica funzione d impedire la formazione di ossido. La superficie oggetto del ripristino dovrà essere pulita e saturata a rifiuto con acqua ma a superficie asciutta (condizione s.s.a.) mediante idrolavaggio. Ripristino del copriferro mediante l impiego di una malta a ritiro compensato tipo i prodotti della linea MAPEGROUT della MAPEI S.p.A.. Arrotondamento degli spigoli con raggio di curvatura non inferiore ai 2 cm. FASE 2: Applicazione primer. Applicazione, a pennello o a rullo, di uno strato omogeneo di primer epossidico bicomponente tipo MAPEWRAP PRIMER 1 della MAPEI S.p.A.. Qualora il supporto dovesse risultare particolarmente assorbente stendere un ulteriore mano di prodotto dopo che il precedente strato è stato completamente assorbito.
FASE 3: Regolarizzazione superficie. Rasatura di regolarizzazione della superficie con stucco epossidico bicomponente a consistenza tissotropica tipo MAPEWRAP 11 della MAPEI S.p.A. L applicazione del prodotto deve essere eseguita sul primer ancora fresco con una spatola dentata, in uno spessore di 1-2 mm. Qualora sia richiesto un adesivo epossidico con un tempo di lavorabilità maggiore è possibile utilizzare uno stucco epossidico bicomponente a consistenza tissotropica a presa lenta tipo MAPEWRAP 12 della MAPEI S.p.A.. Lisciatura successiva dell adesivo con una spatola piana, allo scopo di uniformare completamente anche le più piccole irregolarità presenti sulla superficie. Effettuare, inoltre, con lo stesso prodotto, il riempimento e l arrotondamento degli angoli in modo tale da creare delle sgusce (addolcimento degli spigoli), con raggio di curvatura non inferiore ai 2 cm. FASE 4.A Applicazione a secco : 4.A.1: Applicazione primo strato di resina. Applicazione a pennello o a rullo a pelo corto, in spessore uniforme, sullo stucco epossidico ancora fresco, di una mano di adesivo epossidico di media viscosità tipo MAPEWRAP 31 della MAPEI S.p.A.. 4.A.2: Applicazione tessuto. Posizionamento del tessuto unidirezionale in fibra di carbonio ad alta resistenza ed elevato modulo elastico tipo MAPEWRAP C UNI-AX della MAPEI S.p.A., con conformazione ad U o in avvolgimento, immediatamente dopo l applicazione della resina, avendo cura di stenderlo senza lasciare alcuna grinza, con le mani protette da guanti di gomma impermeabili. Passaggio con rullino tipo RULLINO PER MAPEWRAP della MAPEI S.p.A. sui tessuti per permettere all adesivo e alla resina di penetrare completamente attraverso le fibre e per eliminare eventuali bolle d aria intrappolate. 4.A.3: Applicazione secondo strato di resina. Applicazione sui tessuti tipo MAPEWRAP C UNI-AX
della MAPEI S.p.A. di un ulteriore mano di adesivo epossidico tipo MAPEWRAP 31 della MAPEI S.p.A.. Per eliminare le eventuali bolle d aria occluse durante le precedenti lavorazioni, ripassare sul tessuto impregnato un rullino tipo RULLINO PER MAPEWRAP della MAPEI S.p.A.. FASE 4.B Applicazione a umido : 4.B.1: Preimpregnazione tessuto. Preimpregnazione dei tessuti prima della loro applicazione sulla superficie, manualmente o con idonea attrezzatura. Nel primo caso impregnare il tessuto unidirezionale in fibra di carbonio ad alta resistenza ed elevato modulo elastico tipo MAPEWRAP C UNI-AX della MAPEI S.p.A., tagliato precedentemente con delle forbici nelle dimensioni necessarie, immergendolo per qualche minuto in una vaschetta di plastica (possibilmente di forma rettangolare) riempita per circa 1/3 del volume totale con resina epossidica superfluida tipo MAPEWRAP 21 della MAPEI S.p.A.. Togliere il tessuto dalla vaschetta, lasciarlo sgocciolare per qualche secondo e quindi premerlo, senza torcerlo per non rovinare le fibre, allo scopo di rimuovere completamente la resina in eccesso. Per questa operazione usare guanti in gomma. In alternativa all impregnazione manuale può essere impiegata una semplice attrezzatura consistente in una vaschetta e in una serie di rulli che consentono agli operatori di effettuare con facilità e con maggiore sicurezza sia l operazione di saturazione sia quella di rimozione della resina in eccesso. L uso dell attrezzatura è consigliata in particolare nel caso di interventi numerosi e/o su superfici estese. Attraverso questo sistema si ha la sicurezza che la resina sia distribuita uniformemente in ogni punto del tessuto. 4.B.2: Applicazione tessuto. Posizionamento del tessuto tipo MAPEWRAP C UNI-AX della MAPEI S.p.A., con conformazione ad U o in avvolgimento, immediatamente dopo l impregnazione, avendo cura di stenderlo senza lasciare alcuna grinza, con le mani protette da guanti di gomma impermeabili. Passaggio di rullino tipo RULLINO PER MAPEWRAP della MAPEI S.p.A. sui tessuti per permettere all adesivo e alla resina di penetrare completamente attraverso le fibre. Tale operazione si rende necessaria anche per eliminare le eventuali bolle d aria intrappolate. FASE 5: Pre-finitura superfici. Qualora si decidesse di applicare sulla superficie dei tessuti un ulteriore prodotto, si consiglia di spagliare della sabbia sopra l ultimo strato applicato ancora fresco.
Note È preferibile effettuare preliminarmente prove di pull-off per valutare la qualità del substrato esistente. Voce di Capitolato Posa di tessuti unidirezionali in fibra di carbonio ad elevata resistenza ed elevato modulo elastico Fornitura e posa in opera protetta di tessuti unidirezionali in fibra di carbonio ad elevata resistenza ( 4.900 N/mm2), alto modulo elastico (252.000 N/mm2 2%) (tipo MapeWrap C UNI-AX della MAPEI S.p.A.) per il rinforzo a flessione di travi, travetti e solette piene in c.a., disposti all intradosso delle travi in c.a.. L applicazione dei tessuti dovrà essere eseguita mediante sistema ad umido o con il sistema a secco rispettando la seguente procedura: applicazione di primer epossidico (tipo MapeWrap Primer 1 della MAPEI S.p.A.) al fine di consolidare la superficie per i successivi passaggi epossidici; successiva rasatura del sottofondo mediante stucco epossidico a consistenza tissotropica (tipo MapeWrap 11 o MapeWrap 12 della MAPEI S.p.A.); impregnazione del tessuto a pie d opera per il sistema ad umido (tipo MapeWrap 21 della MAPEI S.p.A.); in alternativa, impregnazione del tessuto in opera per il sistema a secco (tipo MapeWrap 31 della MAPEI S.p.A.); spaglio di sabbia di quarzo asciutta a rifiuto sulla resina fresca (tipo Quarzo 1,2 della MAPEI S.p.A.). I tessuti in fibra di carbonio dovranno essere certificati e valutati secondo l ente certificatore ICC Evaluation Service (ICBO/ICC ER-5558). Il primer epossidico (tipo MapeWrap Primer 1 della MAPEI S.p.A.) dovrà avere le seguenti caratteristiche prestazionali: Peso specifico dell impasto (g/cm 3 ): 1,1 Viscosita Brookfield (rotore 1 - giri 10) (mpa s): 300 Adesione al calcestruzzo (dopo 7 gg a +23 C) (MPa): > 3 (rottura calcestruzzo) L adesivo epossidico tissotropico (tipo MapeWrap 11 della MAPEI S.p.A.) dovrà rispondere ai requisiti minimi richiesti dalla EN 1504-4 e avere le seguenti caratteristiche prestazionali: Tempo di lavorabilità (a + 23 C) 35 min Resistenza a taglio (EN 12615) (MPa): >10 Resistenza a compressione (EN 12190) (MPa): >70 Modulo elastico a compressione (EN 13412) (MPa): 6000 Adesione calcestruzzo-acciaio (EN 1542) (MPa): >3 (rottura supporto) L adesivo epossidico tissotropico (tipo MapeWrap 12 della MAPEI S.p.A.) dovrà rispondere ai requisiti minimi richiesti dalla EN 1504-4 e avere le seguenti caratteristiche prestazionali: Tempo di lavorabilità (a + 23 C) 50 min Resistenza a taglio (EN 12615) (MPa): >10 Resistenza a compressione (EN 12190) (MPa): >70 Modulo elastico a compressione (EN 13412) (MPa): 6000 Adesione calcestruzzo-acciaio (EN 1542) (MPa): >3(rottura supporto) L adesivo per l impregnazione dei tessuti con il sistema a umido (tipo MapeWrap 21 della MAPEI S.p.A.) dovrà rispondere ai requisiti minimi richiesti dalla EN 1504-4 e avere le seguenti caratteristiche prestazionali: Viscosità Brookfield (rotore 1 - giri 10) (mpa s): 300 Resistenza a trazione (ASTM D 638) (MPa): 30 Allungamento a trazione (ASTM D 638) (%): 1,2 Resistenza a compressione (ASTM C 579) (MPa): 65 Modulo elastico a compressione (ASTM C 579) (MPa): 2000 Modulo elastico a flessione (ISO 178) (MPa): 2500 Adesione al calcestruzzo (dopo 7 gg a +23 C) (MPa): > 3 (rottura supporto)
L adesivo per l impregnazione dei tessuti con il sistema a secco (tipo MapeWrap 31 della MAPEI S.p.A.) dovrà rispondere ai requisiti minimi richiesti dalla EN 1504-4 e avere le seguenti caratteristiche prestazionali: Viscosità Brookfield (rotore 3 - giri 5) (mpa s): 7000 Resistenza a trazione (ASTM D 638) (MPa): 40 Allungamento a trazione (ASTM D 638) (%): 1,8 Resistenza a compressione (ASTM D 695) (MPa): 70 Modulo elastico a compressione (ASTM D 695) (MPa): 1400 Modulo elastico a flessione (ISO 178) (MPa): 3000 Adesione al calcestruzzo (dopo 7 gg a +23 C) (MPa): > 3 (rottura supporto) A seconda, sarà possibile scegliere un tessuto con una grammatura di 300 o 600 g/m2, con larghezze di 10, 20 e 40 cm. I tessuti in fibre di carbonio dovranno avere rispettivamente le seguenti caratteristiche: Grammatura (g/m 2 ): 300 600 Massa volumica (kg/m 3 ): 1.800 1.800 Spessore equivalente di tessuto secco (mm): 0,164 0,331 Area resistente per unita di larghezza (mm 2 /m): 164,3 331,4 Resistenza meccanica a trazione (N/mm 2 ): 4.900 4.900 Carico massimo per unita di larghezza (kn/m): > 800 > 1.600 Modulo elastico a trazione (N/mm 2 ): 252.000 2% 252.000 2% Allungamento a rottura (%): 2 2 Adesione al calcestruzzo (N/mm 2 ): >3 (rottura del supporto) I tessuti in fibre di carbonio impregnati con resina MapeWrap 31 dovranno avere le seguenti caratteristiche: Grammatura (g/m 2 ): 300 600 Resistenza meccanica a trazione (D-3039) (N/mm 2 ): 1.630 1.630 Modulo elastico a trazione (D-3039) (N/mm 2 ): 83.848 81.876 Allungamento a rottura (D-3039) (%): 2 2 Spessore nominale del tessuto (mm): 0,500 1 Compresi e compensati nel prezzo per dare il lavoro finito a regola d arte: aspirazione delle superfici; applicazione del ciclo di posa descritto in precedenza; per ogni metro quadrato di tessuto con grammatura pari a 300 g/m² ( /m²) per ogni metro quadrato di tessuto con grammatura pari a 600 g/m² ( /m²)
Stima dei costi Consolidamento con MapeWrap C UNI-AX 300 ANALISI NUOVI PREZZI Consolidamento con MapeWrap C UNI-AX 300 (1 Codice Descrizione mq). Nel prezzo è compresa la smussatura spigoli e lo spaglio finale di sabbia di quarzo. Analisi prezzo % 1.0 Manodopera U.M. N Q.Tà P.U TOT. 1.1 Caposquadra ore X = - 1.2 Operaio Specializzato ore 1 1,000 X 27,86 = 27,86 1.3 Operaio Qualificato ore 1 1,000 X 25,96 = 25,96 1.4 Operaio Comune ore 1 0,000 X 23,49 = - Totale Manodopera 53,82 24,23 2.0 2.1 Mezzi d'opera Impastatore ore 1,00 0,250 X 15,00 = 3,75 2.2 Smaltimento rifiuti kg/mq 1 2,000 X 1,50 = 3,00 2.3 X = - 2.4 X = - 2.5 X = - Totale Mezzi d'opera 6,75 3,04 3.0 Materiali 3.1 MapeWrap Primer 1 kg/mq 0,3 1,00 X 23,90 = 7,17 3.2 MapeWrap 11 kg/mq 1,5 1,00 X 12,80 = 19,20 3.3 MapeWrap 31 kg/mq 1,1 1,00 X 25,00 = 27,50 MapeWrap C UNI-AX 3.4 (300x40 cm) mq 2,5 1,00 X 40,00 = 100,00 3.5 sfrido tessuto % 5 1,00 X 100,00 = 5,00 3.6 sfrido resine % 5 1,00 X 53,87 = 2,69 3.7 X = - 3.8 X = - Totale Materiali 161,56 72,73 4.0 4.1 Oneri vari Trasporti % 0% - Totale Oneri vari - 0,00 TOTALE A (1.0+2.0+3.0+4.0) = 222,13 100,00 5.0 Spese generali 17% Sul Totale A = 37,76 TOTALE B = 259,90 6.0 Utili 10% Sul Totale B = 25,99 PREZZO DI APPLICAZIONE TOTALE MQ EURO 285,89
Consolidamento con MapeWrap C UNI-AX 600 ANALISI NUOVI PREZZI Codice Descrizione Consolidamento con MapeWrap C UNI-AX 600 (1 mq). Nel prezzo è compresa la smussatura spigoli e lo spaglio finale di sabbia di quarzo. Analisi prezzo % 1.0 Manodopera U.M. N Q.Tà P.U TOT. 1.1 Caposquadra ore X = - 1.2 Operaio Specializzato ore 1 0,500 X 27,86 = 13,93 1.3 Operaio Qualificato ore 1 0,750 X 25,96 = 19,47 1.4 Operaio Comune ore 1 0,000 X 23,49 = - Totale Manodopera 33,40 12,89 2.0 2.1 Mezzi d'opera Impastatore ore 1,00 0,150 X 15,00 = 2,25 2.2 Smaltimento rifiuti kg/mq 1 2,000 X 1,50 = 3,00 2.3 X = - 2.4 X = - 2.5 X = - Totale Mezzi d'opera 5,25 2,03 3.0 Materiali 3.3 MapeWrap 31 kg/mq 1,2 1,00 X 25,00 = 30,00 MapeWrap C UNI-AX 3.4 (600x40 cm) mq 2,5 1,00 X 72,00 = 180,00 3.5 sfrido tessuto % 5 1,00 X 180,00 = 9,00 3.6 sfrido resine % 5 1,00 X 30,00 = 1,50 3.7 X = - 3.8 X = - Totale Materiali 220,50 85,09 4.0 4.1 Oneri vari Trasporti % 0% - Totale Oneri vari - 0,00 TOTALE A (1.0+2.0+3.0+4.0) = 259,15 100,00 5.0 Spese generali 17% Sul Totale A = 44,06 TOTALE B = 303,21 6.0 Utili 10% Sul Totale B = 30,32 PREZZO DI APPLICAZIONE TOTALE MQ EURO 333,53