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PROGETTAZIONE INTERVENTI PER LA SICUREZZA SISMICA

MIGLIORAMENTO SISMICO / ADEGUAMENTO SISMICO



La progettazione degli interventi di sicurezza sismica, finalizzati alla riduzione del rischio delle costruzioni esistenti, viene eseguita in conformità alle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC08 di cui al D.M. 14.01.2008) ed alla relativa Circolare n. 617 del 02.02.2009.

Tali Norme prevedono l'impiego di materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio (CFRP - Carbon Fiber Reinforced Polymer) tra i criteri di progettazione degli interventi di riparazione, miglioramento ed adeguamento sismico di costruzioni in muratura ed in cemento armato.

Le fibre di carbonio (CFRP) rappresentano la soluzione tecnologica più evoluta negli interventi di rinforzo strutturale finalizzati alla riduzione del rischio sismico. E' una tecnica altamente innovativa, leggera, non invasiva, di rapida esecuzione, dalle elevatissime caratteristiche meccaniche che consente, ai sensi delle recenti normative, di rinforzare il sistema strutturale di tutti gli edifici, anche quelli prefabbricati ad uso produttivo.

Le fibre di carbonio, che possono essere applicate a tutti i materiali tradizionali, rappresentano la soluzione con il miglior rapporto qualità-prezzo per interventi di adeguamento e miglioramento sismico di strutture esistenti: ottimizzando l'intervento secondo il principio "della giusta misura e del minimo intervento", la tecnica delle fibre di carbonio risulta la più efficace per il miglioramento sismico di strutture esistenti.

La messa in sicurezza sismica, ossia la riduzione del rischio sismico tramite interventi di rinforzo strutturale di adeguamento e/o miglioramento sismico, prevede che per usufruire degli incentivi fiscali previsti dal SismaBonus 2017 la progettazione dell'intervento strutturale sia integrata con asseverazione di ingegnere abilitato della classe di rischio dell'edificio precedente l'intervento e quella conseguibile a seguito dell'esecuzione dell'intervento progettato.




VANTAGGI DELLE FIBRE DI CARBONIO CFRP


I vantaggi delle fibre di carbonio CFRP sono molteplici: leggerezza, elevate proprietà meccaniche, durabilità nel tempo e caratteristiche anticorrosive.

Le fibre di carbonio consentono una Progettabilità totale, grazie alla direzionalità del rinforzo ed alla totale adattabilità di forma dei tessuti.

Le fibre di carbonio si adattano bene anche ad applicazioni in cui è necessario preservare le caratteristiche estetiche della struttura originaria (edifici di interesse storico o artistico) o in casi in cui i rinforzi tradizionali sarebbero di difficile applicazione per limitatezza dello spazio a disposizione.

Le fibre di carbonio garantiscono eccezionali risultati in termini di sicurezza, riducendo al minimo i problemi di invasività e di ingombro, garantendo la totale reversibilità.

Le fibre di carbonio, che risentono di una modestissima riduzione di resistenza nel tempo, consentono di conservare l’originale distribuzione sia delle masse sia delle rigidezze della struttura esistente, senza alterarne il comportamento.



Applicazioni delle fibre di carbonio


Le fibre di carbonio offrono numerose applicazioni d'intervento. In particolare è possibile realizzare:

  1. Consolidamento di volte e solai

  2. Rinforzo a flessione di travi

  3. Rinforzo a pressoflessione di travi e pilastri

  4. Rinforzo dei nodi trave-pilastro, trave-trave e pilastro-fondazione

  5. Rinforzo a taglio di travi e pilastri

  6. Rinforzo a torsione di travi e pilastri

  7. Rinforzo a compressione di pilastri e murature

  8. Confinamento di pilastri e setti

  9. Incremento della duttilità delle sezioni terminali di travi e pilastri

  10. Incremento della capacità deformativa globale di una struttura

  11. Incremento della capacità portante di travi, solai, volte, archi, pilastri, setti e murature

  12. Irrigidimento di solaio nel proprio piano

  13. Miglioramento della capacità sismica dell’edificio

  14. Confinamento di piano con collegamento delle sommità dei muri

  15. Realizzazione di sistemi reticolari remoti spaziali (aste tese in CFRP + bielle ideali)

  16. Realizzazione di controventi remoti (aste tese in CFRP + bielle ideali)

  17. Ripristino strutturale a seguito di incendio



FIBRE DI CARBONIO NEGLI EDIFICI SOGGETTI A VINCOLO DELLA SOPRINTENDENZA


L'intervento con fibre di carbonio risulta conforme alle vigenti normative per il miglioramento sismico degli edifici soggetti a vincolo di salvaguardia da parte della Soprintendenza.

Come indicato nel Capitolo 6 “Criteri per il miglioramento sismico e tecniche di intervento della Direttiva P.C.M. del 9.2.2011 "Valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale con riferimento alle Norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto del Ministero delle infrastrutture e dei trasporti del 14 gennaio 2008" (G.U. n. 47 del 26-2-2011 - Suppl. Ordinario n.54), l'intervento in fibre di carbonio CFRP

  1. Conserva il funzionamento strutturale iniziale, evitando di alterare l’originale distribuzione delle masse e delle rigidezze (cfr. par. 6.1)

  2. Si integra con la struttura esistente, evitando tutte le opere di demolizione-sostituzione e di demolizione-ricostruzione (cfr. par. 6.1)

  3. Consente di conseguire elevati livelli di sicurezza sismica, con interventi minimali sul manufatto storico e, soprattutto, interventi in grado di trasformare in modo non permanente l’edificio (cfr. par. 6.1)

Le fibre di carbonio consentono di realizzare un intervento di adeguamento o miglioramento sismico efficace, duraturo, poco invasivo e, soprattutto, reversibile, pertanto compatibile con le esigenze di tutela e conservazione di qualunque bene architettonico: i materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio, infatti, possono essere rimossi mediante trattamento termico volto a disgregare le strutture cristalline delle resine epossidiche.

Peraltro, in luogo delle resine epossidiche, quale matrice per l'incollaggio dei tessuti in fibre di carbonio, può essere utilizzata specifica malta idraulica di natura inorganica, esente da solventi, a base cementizia o pozzolanica.




CARATTERISTICHE TECNICHE DELLE FIBRE DI CARBONIO


Nei compositi fibrorinforzati le fibre svolgono il ruolo di elementi portanti sia in termini di resistenza che di rigidezza, mentre la matrice, oltre a proteggere le fibre, funge da elemento di trasferimento degli sforzi tra le fibre e tra quest'ultime e l’elemento strutturale a cui il composito è applicato.

I compositi sono costituiti da fibre che posseggono un'elevata resistenza e rigidezza, mentre la loro deformazione a rottura è inferiore a quella della matrice.

Nella seguente figura sono descritti qualitativamente i legami costitutivi di fibre, matrice e corrispondente composito. Quest’ultimo presenta una rigidezza inferiore a quella delle fibre e perviene a rottura in corrispondenza di una deformazione coincidente con quella di rottura delle fibre. Superata tale deformazione, infatti, non è più possibile un completo trasferimento degli sforzi dalle fibre alla matrice.



rigidezza fibre di carbonio

SFORZO - DEFORMAZIONE


Nel seguente diagramma si propone un confronto del diagramma sforzo-deformazione tra le più comuni fibre di rinforzo in relazione al comportamento a trazione monoassiale.

sforzo deformazione fibre

RESISTENZA - MODULO ELASTICO


Un ulteriore confronto tra le più comuni fibre di rinforzo può essere effettuato in relazione ai valori del modulo elastico e della resistenza, rapportati alla densità (valori “specifici”).

modulo elastico carbonio

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