Le differenze di comportamento a taglio di lastre di CRM, FRCM e intonaco armato tradizionale

Confronto tra le varie tecniche di rinforzo attraverso alcuni test ad hoc 

Nel presente lavoro vengono mostrati i risultati di una prima campagna sperimentale intesa a valutare le differenze di comportamento a taglio di lastre di intonaco armate in tre diversi modi:

1. con una rete elettrosaldata in acciaio,
2. con una rete preformata in fibra di vetro e resina epossidica,
3. con una rete secca in fibra di vetro,

seguendo così le tre diverse tipologie di rinforzo:

1. intonaco armato tradizionale,
2. CRM (Composite Reinforced Mortar),
3. FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix).

I test hanno riguardato sei lastre di intonaco di forma quadrata, con lato 1000 mm e spessore 30 mm, sottoposte a carichi di taglio ciclici, adottando un set-up di prova progettato ad hoc. I risultati ottenuti per queste tre diverse tipologie di rinforzo, in termini di carico massimo, rigidezze, comportamento post-picco e modalità fessurative, hanno mostrato analogie tra CRM e intonaco armato tradizionale e significative differenze fra FRCM e le altre due tecniche.

Figura 1. Reti di rinforzo impiegate nella sperimentazione: a) rete in GFRP preformata; b) rete elettrosaldata in acciaio; c) rete secca in fibra di vetro.

Le varie tecniche di rinforzo a taglio per pareti murarie

Tra le tecniche utilizzate nel recente passato per gli interventi di miglioramento o di adeguamento sismico degli edifici esistenti in muratura, in particolare per quanto riguarda il rinforzo a taglio delle pareti murarie, un ruolo primario lo ha avuto l’applicazione di intonaco armato con rete elettrosaldata sulle due superfici murarie, metodologia diffusamente utilizzata a partire dagli anni ‘70.

L’incremento di resistenza conseguibile con tale tecnica è elevato (Tomazevic e Sheppard 1982; Churilov e Dumova-Jovanoska 2013; Ghiassi et al. 2012), ma nel tempo sono emerse problematiche di durabilità legate alla corrosione delle armature di rinforzo, nonché di comfort ambientale dovuto alla ridotta traspirabilità del calcestruzzo. Va inoltre sottolineato che l’applicazione di paretine di spessore superiore, talvolta, a 50 mm, realizzate con calcestruzzi molto resistenti, comporta notevoli incrementi di rigidezza delle pareti murarie su cui sono applicate ed il comportamento dell’edificio risulta fortemente modificato, spesso con effetti indesiderati.

Un altro intervento piuttosto diffuso negli ultimi anni è l’applicazione di compositi FRP (Fiber Reinforced Polymer) sulle superfici murarie. I nastri di materiale composito sono caratterizzati da elevati rapporti resistenza/peso e se ben applicati determinano notevoli incrementi di prestazioni dei pannelli murari (Valluzzi et al. 2002; Marcari et al. 2007 ), tuttavia il loro utilizzo come rinforzi a taglio presenta talune problematiche legate alla loro effettiva capacità di collaborare strutturalmente con le pareti murarie e all’utilizzo di resine, poco compatibili con le murature storiche.

Per superare le problematiche legate alle due metodologie di intervento succitate, di recente sono state proposte tecniche che prevedono l’impiego di materiali compositi in abbinamento a matrici inorganiche.
In particolare sono stati proposti due sistemi chiamati FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) e CRM (Composite Reinforced Mortar).

Il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici ha emanato, per entrambi i sistemi, le linee guida per l’identificazione, la qualificazione ed il controllo di accettazione (D.P.C.S.L.P. n.1 del 08.01.2019 per gli FRCM; D.P.C.S.L.P. n. 292 del 29.05.2019 per il CRM). Sulla base delle definizioni contenute in tali documenti, in tabella 1 sono riportate le principali caratteristiche che definiscono i due sistemi.

Tabella 1. Confronto delle caratteristiche dei rinforzi FRCM e CRM sulla base delle definizioni contenute nelle rispettive linee guida di qualificazione.

Come accennato, entrambi i sistemi adottano una matrice inorganica, a base di cemento o di calce, che deve essere un prodotto premiscelato pronto all’uso in modo da poterne garantire le prestazioni.

In entrambi i sistemi è consentito utilizzare delle componenti organiche volte a migliorare le proprietà reologiche della matrice e l’adesione malta-rinforzo, tuttavia la loro percentuale complessiva in peso deve essere dichiarata e non può eccedere il 10% del peso del solo legante inorganico.

Nei sistemi FRCM lo spessore del rinforzo è di norma compreso fra i 5 e i 15 mm, nel caso in cui venga utilizzata un solo strato di rinforzo, mentre nel caso in cui sia previsto più di uno strato di rinforzo lo spessore può aumentare fino ad un massimo a 30 mm.
Nel sistemi CRM lo spessore può invece variare fra i 30 e i 50 mm ed è prevista una unica rete.

Nei sistemi FRCM il rinforzo è costituito da reti o elementi monodirezionali organizzati su supporto a rete, e la distanza netta tra i fili non può essere superiore a 2 volte lo spessore della malta e comunque al massimo pari a 30 mm. Il rinforzo può essere “secco” o rivestito o impregnato con resine di tipo organico.
Nei sistemi CRM il rinforzo è invece costituito da reti preformate, in cui la distanza netta tra i trefoli non può essere superiore a 4 volte lo spessore della malta e comunque non può essere minore di 30 mm. Lo spessore dei sistemi di rinforzo CRM è compreso, di norma, tra 30 mm e 50 mm, al netto del livellamento del supporto.

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Per quanto riguarda i materiali, entrambi i sistemi prevedono l’utilizzo di reti costituite da fibre lunghe di vetro AR (alcalino resistenti), aramide, basalto e carbonio, mentre nei sistemi FRCM è possibile usare anche fibre in PBO (poliparafenilenbenzobisoxazolo) e trefoli in acciaio ad alta resistenza UHTSS.

Un’importante differenza fra i due sistemi sta nel fatto che l’uso di connettori è obbligatorio nei sistemi CRM, mentre non tutti sistemi FRCM prevedono il loro utilizzo (anche se probabilmente, almeno per talune applicazioni, la linea guida per la progettazione – in corso di emanazione - ne prescriverà l’obbligatorietà).

Per studiare le possibili differenze di comportamento a taglio fra i sistemi di rinforzo CRM e FRCM e fra questi e il classico intonaco armato con rete elettrosaldata in acciaio è stata realizzata una campagna sperimentale, che viene di seguito illustrata.

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Articolo tratto dagli Atti del XVIII Convegno ANIDIS - Ascoli Piceno, 2019