Rinforzo FRP su elementi in C.A. e muratura: tessuto, lamina o rete? Quale soluzione scegliere?

Il consolidamento strutturale con materiali FRP: cosa dice la normativa

Gli interventi di consolidamento del costruito esistente s'inseriscono nel più generale contesto di recupero del patrimonio edilizio che può essere affrontato in molteplici vesti: miglioramento strutturale dell’edilizia residenziale pubblica e privata attraverso l’applicazione dei bonus fiscali strutturali (Sismabonus ordinario e Superbonus sismico 110%), adeguamento o miglioramento sismico di edifici pubblici ordinari o sensibili o strategici ed infine alla manutenzione delle infrastrutture, ad esempio ponti/ viadotti e gallerie.

Quali sono le criticità del costruito esistente e come si può intervenire per migliorarne le prestazioni? I metodi di consolidamento sono diversi e la discriminante di applicazione dipende dalla carenza strutturale, ma anche non strutturale, riscontrata, oltre che dal tipo di elemento.

Al § 8.6 “Materiali” delle Nome Tecniche delle Costruzioni (Ntc18) il legislatore prevede metodi di consolidamento che si possono avvalere di materiali non tradizionali:

«gli interventi sulle strutture esistenti devono essere effettuati con i materiali previsti dalle presenti norme; possono altresì essere utilizzati materiali non tradizionali, purché nel rispetto di normative e documenti di comprovata validità, ovvero quelle elencati al cap.12».

Tra i diversi riferimenti di comprovata validità vi sono sia le “Linee Guida del Servizio Tecnico Centrale del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici” sia le “Istruzioni e documenti tecnici del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr)”: documenti fondamentali per il consolidamento strutturale mediante FRP (Fiber Reinforced Polymer, ad esempio CNR – DT 200 R1/2013, 205/2007 215/2018 rev. 2020).

 

Betontex: il sistema di rinforzo strutturale in FRP

Fibre Net, da più di 20 anni, si distingue nel settore del consolidamento strutturale proprio sviluppando e producendo materiali non tradizionali che sopperiscono a carenze prestazionali del costruito esistente; è il caso, ad esempio dei rinforzi FRP, oggetto di questo approfondimento, che di fatto rappresenta un punto di forza nel consolidamento strutturale.

Fibre Net ha sviluppato Betontex, il sistema di rinforzo FRP provvisto di Certificato di Valutazione Tecnica all’Impiego CVT, che utilizza tessuti, reti e lamine in fibra di carbonio abbinati a resine epossidiche, per realizzare placcaggi fibrorinforzati per il rinforzo di elementi portanti in C.A. (travi, pilastri, nodi), pareti murarie ed elementi lignei.

Il CVT - Certificato di Valutazione Tecnica - rilasciato dal Servizio Tecnico Centrale, assevera le caratteristiche di un sistema FRP, costituito da fibre di rinforzo – nel caso specifico fibre continue in carbonio – e una matrice polimerica (resina epossidica) per l’utilizzo negli interventi di consolidamento strutturale di edifici esistenti, in conformità con le normative esistenti.

 

 

Come sintetizzato dal Prof. Gattesco in “Rinforzo di travi e pilastri di strutture in c.a. mediante l’utilizzo di polimeri fibrorinforzati (FRP)”:

«I materiali compositi sono costituiti da matrici polimeriche e normalmente da fibre lunghe continue di carbonio o vetro, e sono comunemente denominati FRP (Fiber Reinforced Polymers). Questi materiali sono utilizzati ampiamente in vari settori da molti anni; da circa due decadi sono entrati nell’attenzione del mondo delle costruzioni civili, soprattutto per interventi di rinforzo di strutture esistenti in calcestruzzo armato, muratura, legno (CNR DT 200 R1/2013). I sistemi utilizzati per questi scopi sono:

• Sistemi preformati, costituiti prevalentemente da lamine sottili ottenute per pultrusione di filato in carbonio e resine epossidiche;
• Sistemi impregnati in situ, costituiti da tessuti o reti di fibre impregnati in opera con resine polimeriche/epossidiche.

Nel primo caso, le lamine vengono prodotte in stabilimento e portate in cantiere, dove vengono tagliate a misura e incollate al substrato utilizzando resine epossidiche. Nel secondo caso, invece, si utilizzano dei tessuti secchi uni o multidirezionali che vengono adeguatamente impregnati in situ con resine epossidiche o polimeriche, che fungono anche da adesivo con il substrato».

 

Tessuto, lamina o rete: quale soluzione FRP per il consolidamento?

L’intervento sull’esistente dipende da molteplici fattori che a loro volta costituiscono la discriminante di scelta nella tipologia di materiale FRP da impiegare nel consolidamento.

 

La corretta posa del sistema in FRP Betontex

 

L’utilizzo del sistema Betontex consente sia di provvedere ad una riduzione del rischio sismico sia di risolvere carenze o difetti progettuali ai sensi del § 8.3 “Valutazione della sicurezza” delle Ntc18. In sintesi, quindi, si tratta di interventi che se, supportati da una progettazione e asseverazione strutturale, rientrano nell’applicazione dei benefici fiscali attuali, Sismabonus ordinario e Superbonus sismico 110%.

Nelle sue diverse declinazioni, prevede un rinforzo puntuale o diffuso, dimensionato in quantità e disposizione delle fibre secondo le esigenze di progetto e il livello di sicurezza richiesto. Può essere successivamente intonacato per ripristinare l’aspetto originario. Grazie ai bassissimi spessori di intervento, l’incremento di carico risulta trascurabile.

 

 

In Tabella 1 sono riportate le peculiarità e gli elementi che possono essere consolidati mediante FRP, riportando per esemplificazione interventi esecutivi di applicazione del sistema.

 

Tabella 1 – Caratteristiche del rinforzo mediante FRP

 

Le soluzioni Betontex che Fibre Net propone sono le seguenti:

1. Tessuto FRP
2. Lamina FRP
3. Rete FRP

A ciascuna soluzione corrisponde un utilizzo specifico dettato da aspetti quali: tecnologia costruttiva, geometria del supporto, dimensione, estensione, regolarità e forma dell’elemento.

Fibre Net offre al professionista, oltre alla consueta assistenza progettuale garantita dall’ufficio tecnico, anche l’utilizzo on line di FIBRECALC un software opportunamente sviluppato per supportare e semplificare l’attività del progettista che consente di individuare la scelta più opportuna circa la tipologia di rinforzo da utilizzare. L’applicativo, gratuitamente messo a disposizione sul sito aziendale, consente l’individuazione del dominio di rottura e la restituzione dell’adeguata configurazione del sistema di rinforzo.

In linea generale, possiamo dettagliare alcune delle soluzioni disponibili, evidenziandone peculiarità e limitazioni di utilizzo.

 

Il tessuto FRP: quando e come deve essere utilizzato?

Il tessuto FRP si distingue tra monoassiale (U), biassiale (BI) e multiassiale (MultiAx). Quest’ultima soluzione garantisce un comportamento isotropo del rinforzo eliminando la direzione preferenziale dello stesso. Le tre diverse soluzioni si distinguono in base ai seguenti fattori che ne stabiliscono anche la sigla del prodotto da impiegare:

• Direzione principale del rinforzo;
• Grammatura a metro quadro del tessuto (variabile da 300 a 600 gr/m2);
• Modulo elastico: alto modulo (390 GPa) e alta tenacità/resistenza (variabile tra i 230 e 245 GPa);
• Larghezza nastro da scegliere in base alla geometria del supporto.

In Tabella 2 sono riportate, sinteticamente le peculiarità delle tre tipologie di tessuto differenziandone l’utilizzo in funzione della tecnologia costruttiva, delle proprietà meccaniche da migliorare e delle sollecitazioni nei confronti delle quali l’elemento strutturale è precario.

 

Tabella 2 – Proprietà del tessuto in FRP

 

La lamina FRP: quando e come utilizzarla?

Volendo esemplificare l’utilizzo della lamina pultrusa: in caso di carenza di armatura e flessione su una trave o un travetto di un solaio in laterocemento, si procede all’applicazione all’intradosso di una lamina in FRP opportunamente dimensionata.

Ha i seguenti limiti di applicazione dettati principalmente dalle seguenti necessità esecutive:

• Linearità del supporto: preferibile impiegarla nel rinforzo a flessione di travetti o travi ricalate avente luce geometrica minore o uguale a 6 m;
• Regolarità della superficie: non è applicabile a superfici curvilinee, se non con gradi di curvatura molto ridotti. In caso contrario si propende verso una soluzione in tessuto che meglio si sposa con la superficie irregolare (Edificio Liberty a Savona).

Anche in questo caso, le caratteristiche della lamina in FRP sono definite da:

• Tipologia di fibra in carbonio utilizzata: alta tenacità, alto modulo, altissimo modulo;
• Larghezza e spessore della lamina.

La lamina in FRP è stata la protagonista nell'intervento di consolidamento delle travi in c.a. in un polo didattico di Napoli, dov'è stata applicata una lamina con le seguenti caratteristiche:

• Larghezza: 10 cm;
• Spessore: 1.4 mm;
• Tipologia: alta tenacità.

Le lamine pultruse sono state posate, con l’utilizzo di resine epossidiche, all'intradosso delle travi ricalate in c.a. poi successivamente fasciate ad "U" con tessuto in carbonio per sopperire alle carenze della sollecitazione di taglio.

 

Impiego delle reti termosaldate in carbonio

Un’ultima tipologia di rinforzo FRP del sistema Bentotex, è rappresentata da rete biassiale in fibra di carbonio.

Questa soluzione è adatta per incrementare la resistenza al taglio, alla compressione e alla flessione nel piano e fuori piano di elementi in calcestruzzo armato, calcestruzzo armato precompresso e muratura, anche su superfici più ampie rispetto ai rinforzi puntuali e localizzati, in cui si utilizzano prevalentemente tessuti unidirezionali e lamine. Il sistema di rinforzo viene infatti utilizzato anche per la prevenzione dai meccanismi di collasso di tipo locale.

 

 

Ciò che contraddistingue questa soluzione è l’alta tenacità della rete e la possibilità della stessa di essere applicata facilmente su superfici sia verticali quali, ad esempio, pareti portanti e tamponamenti sia voltate, in maniera più estensiva ed omogenea. Come per gli altri sistemi sopra illustrati, le peculiarità di questo sistema sono essenzialmente:

• elevate proprietà meccaniche;
• leggerezza;
• elevata adattabilità al supporto.

L’applicazione di questo sistema trova largo utilizzo per migliorare la resistenza di maschi murari per azioni sul piano e fuori dal piano migliorando la risposta globale del fabbricato.

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FIBRE NET: gli specialisti del rinforzo strutturale

Idee, passione, esperienza e ingegno italiano in continua evoluzione

La storia di FIBRE NET inizia nel 2001 con una visione: sviluppare un prodotto del tutto nuovo non presente sul mercato, una rete in GFRP (Glass Fiber Reinforced Polimer). Nasce RI-STRUTTURA, la risposta evoluta alla classica rete elettrosaldata che, diversamente dal sistema tradizionale, consente di rispettare la compatibilità muraria soprattutto negli edifici storici garantendo un miglioramento strutturale omogeneo e diffuso oltre alla durabilità e reversibilità dell’intervento.

Da allora, forte di un’intensa attività di R&S supportata da Università e istituti di ricerca, l’evoluzione dell’azienda ha portato all’ideazione, sviluppo e industrializzazione di diversi sistemi per il rinforzo strutturale in materiale composito fibro rinforzato, certificati e validati che sono andati a migliorare le performance di intervento dei sistemi tradizionali.

Oggi l’azienda produce presso i propri stabilimenti prodotti e sistemi compositi fibrorinforzati che trovano largo utilizzo in edilizia e nel settore infrastrutturale, nel consolidamento, nel miglioramento e adeguamento sismico e nella messa in sicurezza di strutture esistenti.

 

 

 

Non solo produzione

FIBRE NET si pone come partner specializzato, in gradodi affiancare enti, progettisti ed imprese nelle scelte più opportune, efficaci e sostenibili mirate al consolidamento, al miglioramento e adeguamento strutturale, al mantenimento della durabilità del bene.

Al compimento dei suoi primi 20 anni, FIBRE NET è riconosciuta come produttore di riferimento di materiali innovativi e sistemi tecnologicamente avanzati, come promotore nella ricerca e sviluppo e nella formazione culturale, come player dalla solida competenzaprogettuale ed esecutiva.

Aspetti, questi, che delineano una realtà aziendale operativa, dinamica e intraprendente, costituita da un team giovane e tecnicamente preparato che fa della passione per il proprio lavoro la spinta verso l’innovazione.

FIBRE NET mette a disposizione dei propri partners laboratori, attrezzature e competenza per l’esecuzione di prove, anche on-site, per la diagnosi delle problematiche,per la caratterizzazione meccanica e chimica di materialie cicli di intervento.