JOINT FRP è il software ReLUIS per la progettazione di interventi con FRP per nodi trave-pilastro in c.a.

JOINT FRP è un semplice strumento di calcolo per supportare i progettisti nella definizione di sistemi di rinforzo di nodi trave-pilastro in c.a. con FRP. 

Il software permette di ottimizzare le risorse e l’impiego di materiali in funzione degli obiettivi prefissati e di includere nel progetto sistemi di ancoraggio innovativi che garantiscono l’applicabilità del rinforzo dal solo esterno.

Può essere impiegato nella progettazione di interventi locali o di miglioramento ed è stato validato attraverso prove sperimentali su telai multipiano in scala reale.

Perchè nasce il software JOINT FRP

I recenti eventi sismici hanno messo in luce l’elevata vulnerabilità del patrimonio edilizio esistente. Tra le maggiori criticità riscontrate nell’ambito di edifici esistenti in cemento armato (c.a.), vi è senza dubbio la carenza di armatura trasversale all’interno del pannello di nodo, causa, in molteplici casi, di attingimento di premature crisi fragili a taglio (Figura 1).

Inoltre, durante un evento sismico, l’interazione tra sistema strutturale e sistemi rigidi di tamponamento (quali le classiche tamponature in laterizio) può generare incrementi significativi delle sollecitazioni di taglio in testa ai pilastri con conseguente innesco di premature crisi fragili (Figura 1).

Tali crisi, nella maggior parte dei casi, compromettono significativamente la capacità sismica dell’intero sistema strutturale, e qualora si proceda alla valutazione della sicurezza, inducono alla individuazione di indici di sicurezza allo stato limite di salvaguardia della vita (SLV) di gran lunga inferiori all’unità (ovvero a quanto richiesto, in accordo alle vigenti norme, ad un edifico di nuova progettazione).

Molteplici sono le tecniche di intervento oggi disponibili che permettono di incrementare la capacità a taglio dei nodi trave-pilastro in c.a. di edifici esistenti. Tra queste, i materiali compositi fibrorinforzati (FRP) rappresentano una efficace soluzione che riesce a coniugare l’incremento di prestazioni sismiche alla facilità di posa in opera con conseguente riduzione di tempi e costi (Di Ludovico et al. 2008; Del Vecchio et al. 2014; Frascadore et al. 2015).

Gli studi sperimentali ed analitici sviluppati in questi anni, hanno permesso lo sviluppo di linee guida (DPC-ReLUIS 2011; CNR-DT 200 2013; fib bulletin 90 2019) e formulazioni di progetto (Del Vecchio et al. 2015) di supporto ai progettisti nella definizione delle più idonee modalità di intervento e del quantitativo di rinforzo da adottare per sanare le criticità esistenti.

Ciò ha reso l’utilizzo di sistemi di rinforzo in FRP una tra le più adoperate tecniche di intervento per gli interventi di rinforzo sismico di edifici esistenti in c.a., come peraltro ampiamente emerso nei processi di ricostruzione a seguito dei più recenti eventi sismici (Di Ludovico et al. 2017; Del Vecchio et al. 2021b). 

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Ulteriori dettagli sull’efficacia degli interventi e le metodologie progettuali utilizzabili sono riportati in Di Ludovico et al. (2021). Vedi articolo su INGENIO.

L’entrata in vigore del D.M. 58 del 28/02/2017 con cui il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha emanato le Linee Guida per la Classificazione del Rischio Sismico delle Costruzioni ha, inoltre, sancito un cambiamento radicale in materia di prevenzione sismica del patrimonio edilizio esistente, promuovendo azioni di mitigazione attraverso incentivi economici, in termini di detrazioni fiscali, per interventi di miglioramento sismico delle strutture, il cosiddetto Sismabonus.

Al fine di garantire la massima diffusione di tale strumento su larga scala, da subito è parsa evidente la necessità di sviluppare, validare e divulgare soluzioni di rinforzo sismico che oltre ad avere una comprovata efficacia puntassero a minimizzare il disturbo per gli occupanti.
Nell’ambito del progetto di ricerca DPC-ReLUIS 2019-2021, WP5: “Interventi di rapida esecuzione a basso impatto ed integrati” sono state sviluppate e validate sperimentalmente soluzioni innovative di rinforzo con FRP applicabili dal solo esterno (De Risi et al. 2020; Del Vecchio et al. 2021a).

Il software JOINT FRP nasce con l’intento di promuovere il trasferimento tecnologico dei più recenti sviluppi in termini di soluzioni di rinforzo di nodi FRP nella pratica progettuale. Ciò al fine di garantire la massima diffusione ed applicazione degli interventi di rinforzo come strategia di mitigazione del rischio sismico a scala nazionale.

Il software JOINT FRP: campi di applicazione e funzionalità

JOINT FRP è stato sviluppato per rendere disponibili ai progettisti ed i tecnici impegnati nel processo edilizio nuove metodologie progettuali che permettano la quantificazione dei benefici di interventi di rinforzo sismico a basso impatto ed applicabili dal solo esterno (Figura 1).

Figura 1 - Campo di applicazione del software JOINT FRP.

Il software permette di ottimizzare le risorse e l’impiego di materiali in funzione degli obiettivi prefissati e di includere nel progetto sistemi di ancoraggio innovativi che garantiscono l’applicabilità del rinforzo dei nodi in FRP dal solo esterno (Figura 1).

E’ un software innovativo che permette la progettazione secondo l’approccio di calcolo proposto dal recente fib bulletin 90 (2019) che tratta il rinforzo di strutture esistenti con FRP.

L’approccio impiegato risulta in accordo con le vigenti norme tecniche D.M. 17 gennaio 2018 “Aggiornamento delle norme tecniche per le costruzioni” (NTC2018) e con le formulazioni di verifica dei nodi esistenti riportate nella relativa Circolare n.7 del 21 gennaio 2019 “Istruzioni per l’applicazione dell’aggiornamento delle norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018” (Circolare 2019).

Scarica gratuitamente il Software JOINT FRP

Il software JOINT FRP permette di progettare mediante sistemi in composito un intervento di rinforzo del pannello nodale e dell’estremità superiore del pilastro per migliorarne le prestazioni sismiche sanando la criticità legata alla insufficiente o carente presenza di staffe nel pannello nodale e, al contempo, consentendo di resistere alla spinta della tamponatura nelle zone di estremità del pilastro.

È possibile progettare il rinforzo di nodi d’angolo e nodi di parete non confinati in ottica progettuale di rinforzo locale o globale ed utilizzando soluzioni classiche che prevedono un ridotto disturbo agli occupanti o soluzioni di minimo impatto ed applicabili dal solo esterno.

Infatti, gli FRP consentono di incrementare la capacità di elementi in c.a. (nodi, travi, pilastri) senza modificare significativamente massa e rigidezza del sistema strutturale, e, pertanto, il loro utilizzo risulta pienamente in linea con quanto previsto nel caso di interventi di rinforzo locale ai sensi delle NTC (2018).

Figura 2 - Schermata principale del software.

Le metodologie progettuali proposte sono state recentemente validate sperimentalmente mediante prove in laboratorio, applicando soluzioni di rinforzo con FRP su subassemblaggi strutturali (i.e. nodi trave-pilastro in scala reale) o su interi sistemi strutturali (telai multipiano in c.a. in scala reale) (Del Vecchio et al. 2014, 2021a; De Risi et al. 2020).

Il software si compone di 13 sezioni, descritte nel dettaglio di seguito, che permettono:

• Progetto del rinforzo locale in FRP dei nodi, lasciando al progettista la possibilità di scegliere il numero di strati ed il numero di fiocchi di ancoraggio da impiegare e valutando la % di incremento di resistenza raggiunto del solo subassemblaggio strutturale;
• Progetto del rinforzo in FRP basato su sollecitazioni scelte dal progettista (con cui è possibile progettare sia un intervento locale che intervento globale);
• Formule di verifica e progetto che permettono di quantificare il reale incremento di resistenza che l’FRP fornisce rispetto alla resistenza a taglio trazione offerta dal solo calcestruzzo (σ_jt = 0.3√fc in accordo con Circolare n.7 del 21 gennaio 2019);
• Scelta del tessuto di FRP con fibre di qualsiasi materiale e con generico orientamento;
• Impiego di ancoraggi classici come fasciatura ad U all’estremità delle travi (che necessitano, sebbene in maniera limitata, di demolizione di porzioni di tamponatura) o di ancoraggi innovativi con fiocchi in FRP (che permettono l’applicazione dal solo esterno).
• Possibilità di valutare l’azione di spinta che la tamponatura esercita sull’estremità superiore del pilastro e di progettare un eventuale rinforzo nei riguardi di tale azione in accordo a quanto proposto nelle linee guida ReLUIS (2011).

Tutte le scelte progettuali si possono effettuare nella schermata principale del software (Figura 2).

Nell’intestazione della schermata principale (è possibile inserire il Titolo del progetto ed i riferimenti del Progettista, nonché il Nodo di riferimento cliccando sull’icona dell’ingranaggio in alto a destra (Figura 3).

Figura 3 - Dettaglio delle funzionalità presenti nell’intestazione del software

Nel menù funzionalità il comando File apre alle seguenti funzionalità: Nuovo progetto, Apri, Salva, Stampa, Esci. Il comando Nuovo progetto permette di creare un nuovo progetto cancellando tutti i dati di input presenti nella schermata principale. Il comando Apri permette di aprire un progetto precedentemente salvato. Il comando Salva permette di salvare il progetto in un file nominabile a scelta dell’utente. Il comando Stampa permette di produrre il Documento di Sintesi. Il comando Esci chiude il software.

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Come applicare il software JOINT FRP per il rinforzo di nodi trave-pilastro in c.a: esempi di calcolo

Questo contributo riporta due esempi di calcolo del rinforzo in FRP di nodi trave-pilastro in c.a svolti utilizzando il software JOINT FRP. Il progetto del rinforzo è stato effettuato sia in ottica di rinforzo locale, sia in ottica di miglioramento sismico valutando l’efficacia del rinforzo in termini di incremento di sicurezza e salto di classe di rischio. Leggi l'articolo

Approcci progettuali

Il software alla sezione 1 permette di scegliere tra due differenti tipologie di approccio progettuale: “Rinforzo locale” (§8.4.1 delle NTC2018) e “Basato su valori scelti delle sollecitazioni” (in tal caso il taglio di nodo viene calcolato sulla base delle sollecitazioni riportate, mediante le formulazioni riportate nella sezione C8.7.2.3.5 della Circolare 2019).

 Per rinforzo o intervento locale si intende un intervento che riguarda singole parti e/o elementi della struttura e che non modifica il comportamento globale di quest’ultima (i.e. non vi sono alterazioni di massa e rigidezza strutturale). Ciò consente al progettista di poter prescindere da un’analisi globale della struttura da effettuarsi mediante l’uso di un modello strutturale, determinando le azioni trasmesse al pannello di nodo tramite analisi sezionale locale degli elementi convergenti in esso (travi e pilastri) e considerazioni di equilibrio sul sub-assemblaggio trave-pilastro. Nel caso specifico, come in seguito mostrato, per progettare un rinforzo del nodo è sufficiente conoscerne la geometria, le proprietà meccaniche dei materiali e lo sforzo normale agente su di esso (che può essere ricavato per aree di influenza).

L’opzione approccio basato su valori scelti delle sollecitazioni, invece, permette sia di progettare interventi locali secondo §8.4.1 delle NTC2018, sia di progettare interventi globali secondo §8.4.2 delle NTC2018 (interventi estesi a tutte le parti della struttura potenzialmente interessate da modifiche di comportamento, nonché alla struttura nel suo insieme). Le azioni vanno calcolate dal progettista o sulla base di un'analisi locale o un’analisi globale della struttura atta a determinare le principali carenze strutturali e le sollecitazioni che agiscono su ogni elemento strutturale. In questo ultimo caso sarà necessario conoscere, oltre alla geometria del nodo e alle proprietà meccaniche dei materiali, anche le sollecitazioni di sforzo normale, momento flettente e taglio agenti su travi e pilastri convergenti nel pannello di nodo. In questo caso, il software può essere utilizzato come modulo di supporto/integrazione ad altri software di calcolo utilizzati per la valutazione della sicurezza.

Per entrambi gli approcci verranno illustrate di seguito le formulazioni e gli approcci di calcolo delle sollecitazioni nel pannello di nodo necessarie alla verifica ed al dimensionamento del sistema di rinforzo in FRP.

 ...CONTINUA.

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