I materiali compositi per il rinforzo statico e l'adeguamento sismico delle strutture in c.a.

Tratto dal libro di Luigi Coppola e Alessandra Buoso, edito da ULRICO HOEPLI, “IL RESTAURO DELL’ARCHITETTURA MODERNA IN CEMENTO ARMATO - Alterazione e dissesto delle strutture in c.a. - Diagnostica – Interventi di manutenzione e adeguamento antisismico - Materiali, tecniche e cantieristica”.
 

Negli ultimi due decenni nel settore delle nuove costruzioni e, soprattutto, in quello del restauro e dell'adeguamento sismico delle strutture esistenti diventano sempre più diffusi gli interventi effettuati impiegando i materiali compositi. Con questo termine si identifica un sistema di due o più componenti che, pur conservando la propria identità chimica ed elasto-meccanica, contribuiscono mutuamente a garantire l’ottenimento di un materiale di prestazioni superiori a quelle conseguibili utilizzando i singoli componenti separatamente. In questo articolo, viene presentata una panoramica sia sui materiali compositi disponibili in edilizia che sulle possibilità dagli stessi offerti nel restauro delle strutture esistenti senza, tuttavia, entrare nel merito del calcolo strutturale che, necessariamente, è alla base dell'utilizzo di questi sistemi e per il quale si rimanda alla letteratura scientifica e alle linee guida sia nazionali che internazionali.

I materiali compositi per il rinforzo delle strutture in c.a. vengono suddivisi in:

- sistemi preformati prevalentemente in forma di lamine (Fig. 1a) o di barre indicati per il rinforzo di membrature con profili uniformi e rettilinei, privi di convessità o concavità, e per substrati in calcestruzzi che non presentino forme di alterazione della superficie;

-  sistemi impregnati in situcostituiti da tessuti uni o multi-direzionali(Fig. 1b) in carbonio, vetro e aramide impregnati in cantiere con sistemi epossidici che fungono sia da matrici polimeriche che da adesivo al substrato.

Tra i sistemi impregnati in situ rientrano anche i tessuti unidirezionali in fibre di acciaio lunghe che vengono applicati ricorrendo sia all'utilizzo di matrici epossidiche – FRP (Fiber Reinforced Polymer) (Fig. 2a)che di malte a base cementizia – FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) (Fig. 2b) e le reti (in vetro, aramide, basalto, acciaio o combinazione di questi materiali) impregnati in situ in matrici inorganica a base cementizia FRCM. Questi sistemi sono tra i materiali compositi quelli più diffusi grazie alla loro versatilità d'impiego e alla possibilità di poterli installare su membrature in calcestruzzo con forme e geometrie complicate.

 

 

Fig. 1 - Sistemi preformati ed impregnati in situ

 

Fig. 2 – Modalità di impregnazione in situ dei sistemi

 

 

I principali campi di applicazione dei materiali compositi nel settore del ripristino delle costruzioni esistenti attengono al:
 

- RINFORZO A FLESSIONE di elementi strutturali quali travi, solai a travetti e pignatte e a soletta piena laddove il momento flettente derivante dai carichi agenti risulta maggiore del momento resistente della sezione.
 

- RINFORZO A TAGLIO DI TRAVI da realizzarsi laddove la resistenza a taglio dell'elemento strutturale, desunta sia dal contributo del calcestruzzo che dell'armatura tradizionale, è inferiore alla sollecitazione derivante dai carichi agenti.

Le strisce di tessuto possono essere applicate, qualora si ricorra a tessuti unidirezionali, sia in adiacenza che in maniera discontinua. La disposizione dei tessuti può avvenire ricorrendo alle configurazioni ad una conformazione a U e, ove possibile, in totale avvolgimento della sezione della trave.

 

- RINFORZO A TORSIONE di elementi strutturali, con resistenza a questa sollecitazione inferiore rispetto a quella agente, mediante incollaggio, generalmente di tessuti applicati sulla superficie esterna della trave le cui fibre siano disposte con un angolo di inclinazione rispetto all'asse della trave di 90° e in avvolgimento totale;

- CONFINAMENTO DI ELEMENTI VERTICALI IN C.A.soggetti a sforzo normale centrato o con piccola eccentricità laddove risulta necessario aumentare la resistenza e la corrispondente deformazione ultima oppure ove si necessita negli elementi pressoinflessi di un incremento della duttilità e (congiuntamente all'utilizzo di rinforzi disposti nella direzione dell'asse principale dell'elemento) della resistenza ultima.

 

- REINTEGRO DELL'ARMATURAin elementi strutturali che presentano ferri fortemente corrosi con rilevante riduzione della sezione del tondino e perdita di materiale metallico.

- MIGLIORAMENTO DEL COMPORTAMENTO ANTISISMICO: il ricorso all'impiego dei materiali compositi consente di migliorare la risposta nei confronti dell'azione sismica attraverso:

a)    l'eliminazione dei meccanismi di collasso fragile;

b)    l'eliminazione dei meccanismi di collasso di piano (soft floor);

c)     il miglioramento della capacità deformativa globale della struttura;

d)    l'eliminazione del ribaltamento dei pannelli di tamponamento al di fuori del piano.