Rinforzo di travi a flessione e al taglio

Villa a Gargnano – Rinforzo di travi a flessione e al taglio

Quando una struttura esistente non supera le verifiche richieste dalla Normativa vigente, la naturale soluzione è progettare un intervento di rinforzo.
Da diversi anni esiste una tipologia di rinforzi basata sull’utilizzo delle fibre di carbonio, tecnologia che – se ben dimensionata – è possibile mettere in opera anche con costi decisamente competitivi. Nel presente articolo viene proposto un intervento con gli FRP eseguito nella provincia di Brescia, dove sono state rinforzate a flessione ed al taglio alcune travi in calcestruzzo armato.

Descrizione dell’intervento

Com’è noto la sigla FRP sta per Fyber Reinforced Polymers. Si tratta di materiali compositi costituita da matrici polimeriche e da sottilissime fibre di carbonio, vetro o arammide. I materiali FRP sono caratterizzati da elevate proprietà meccaniche e da una notevole leggerezza, nonchè un’ottima resistenza alla corrosione. I compositi in FRP sono disponibili sotto forma di lamine preformate pultruse o sotto forma di tessuti da impregnare in opera con disposizione mono o bidirezionale delle fibre. Questi ultimi hanno il vantaggio di potersi adattare a superfici curve o comunque non regolari. Com’è noto i sistemi di rinforzo realizzati in FRP si possono distinguere in:

1. sistemi preformati costituiti da componenti di varia forma (lamine, nastri, barre o altro) preparati in stabilimento mediante pultrusione ed incollati all’elemento strutturale da rinforzare;
2. sistemi impregnati in situ costituiti da fogli o tessuti di fibre uni o multi-direzionali impregnati con una resina che può fungere anche da adesivo con il substrato di calcestruzzo interessato;
3. sistemi preimpregnati costituiti da fogli o tessuti di fibre uni o multi-direzionali preimpregnati con resina parzialmente polimerizzata ed incollati al substrato da rinforzare con l’uso di resine aggiuntive.

Le fibre che costituiscono gli FRP hanno delle proprietà meccaniche straordinarie rispetto ai comuni materiali da costruzione specialmente se si considerano i livelli di resistenza a trazione che riescono a raggiungere.

Nel nostro specifico intervento – eseguito da DACSA ENGINEERING Srl – a causa dell’aumento dei carichi per un innalzamento di due piani di un edificio in calcestruzzo armato, occorreva il rinforzo sia flessione che al taglio di n°3 travi, il momento resistente delle travi era inferiore al momento sollecitante. In altre parole con i nuovi carichi – dovuti all’innalzamento dell’edificio – l’armatura era decisamente insufficiente e doveva essere adeguata per resistere alle nuove azioni sollecitanti nonché all’azione sismica prevista delle NTC2008.

Modalità di posa degli FRP

Il rinforzo in FRP viene applicato dopo un’adeguata preparazione del substrato di calcestruzzo. Nel nostro caso il sottofondo si presentava abbastanza fessurato e di bassa qualità. Pertanto si è proceduto – sia le lamine per la flessione che i tessuti per il taglio – come da indicazioni del DT200/2004 nella perfetta pulizia ed in una sua attenta ricostruzione con Sika Monotop®-441 Unika malta cementizia specifiche caratterizzate da una classe di resistenza R4 secondo la nuova normativa UNI EN1504. Alcune asperità della superficie sono state livellate mediante utilizzo di apposito stucco epossidico Sikadur®-31. Quando si progetta un rinforzo a flessione di una trave, occorre tener presente che il rinforzo andrà applicato su una struttura già sollecitata e di conseguenza già deformata. Infatti all’atto dell’applicazione del rinforzo, oltre al peso proprio della struttura, agiranno i carichi permanenti non strutturali (massetto, pavimento, intonaco, incidenza tramezzi etc.) a meno che questi non vengano totalmente rimossi prima dell’applicazione del rinforzo o scaricati con l’uso di martinetti. Comunque lo stato deformativo iniziale della struttura può essere trascurato se il momento sollecitante all’atto della messa in opera del rinforzo è minore del momento di fessurazione.

Rinforzo al taglio delle travi

Il rinforzo a taglio si è reso necessario in quanto alcune travi avevano il taglio di calcolo, valutato con i criteri della gerarchia delle resistenze, superiore alla corrispondente resistenza di calcolo. Quest’ultima deve essere determinata considerando i contributi del calcestruzzo e dell’eventuale armatura trasversale metallica presente. In fase di progettazione degli FRP si deve aggiungere anche il loro contributo, che viene calcolato con apposite formule dettate dal DT200/2004. Il rinforzo a taglio con materiali compositi FRP si realizza applicando in aderenza sulla superficie esterna della membratura da rinforzare, tessuti unidirezionali SikaWrap®-300C costituiti da uno o più strati. Nel caso di rinforzi unidirezionali, le strisce di composito possono essere applicate in adiacenza le une alle altre, oppure in maniera discontinua, con un passo discreto. La particolarità del lavoro – che difficilmente si riesce ad avere – è stata la possibilità di operare un rinforzo completo ad O e non con delle semplici U. In questo caso le formule che ci vengono fornite dal DT200/2004 sono molto più prestazionali rispetto a quelle ad U e ci hanno permesso di raggiungere valori di resistenza elevati riducendo la quantità di FRP. In altre parole con costi contenuti si è avuta un’alta resistenza al taglio.

Al fine di avere un avvolgimento completo – come si può vedere dalle immagini – abbiamo provveduto ad eseguire dei fori sul solaio estradossale in modo da collegare il rinforzo sottostante tramite dei cordoni in fibra di carbonio SikaWrap®FX-50C, incollandoli con resina epossidica SikaWrap®-300C, rigirati ad U che – aderendo con le fasciature ad U messe in basso – hanno permesso di ottenere la chiusura ottimale del rinforzo.

Conclusioni

I lavori con gli FRP risultano in diverse situazioni una risposta quasi indispensabile alle normali tecnologie presenti nel mercato. Se ben dimensionati gli FRP risultano anche competitivi economicamente con costi finali contenuti. Nel caso considerato nell’articolo il rinforzo al taglio è stato effettuato con un avvolgimento completo ad O cosa difficilmente raggiungibile nelle situazioni normali.